Phase separation and phase dissolution in poly(-caprolactone)/ poly(styrene-co-acrylonitrile) blend

Abstract

Byla studována směs poly(?-kaprolaktonu) (PCL) a poly(styrene-co-akrylonitrilu) (SAN) obsahujícího 27,5 hm% akrylonitrilu mající kritické složení (80/20 PCL/SAN). Tato PCL/SAN směs, která má spodní kritickou rozpouštěcí teplotu (LCST) fázové rozhraní při 122°C, nabízí úžasnou možnost zkoumat: za prvé kinetiku fázové separace nad LCST (125-180°C), a za druhé kinetiku fázového rozpouštění pod LCST (50-115°C). Tato směs byla vystavena teplotnímu skoku nad LCST, kde postupuje spinodální dekompozice (SD), což vede k velmi pravidelné fázově separované struktuře (SD struktura). Pak byla směs ochlazena na teplotu pod LCST, kde probíhá rozpouštění fází. Optická mikroskopie byla použita k pozorování spinodální dekompozice kvalitativně, zatímco rozptyl světla byl použit k charakterizaci fázové separace a rozpouštění fází kvantitativně. Bylo zjištěno, že během rozpouštění fází se vrchol křivky pohyboval k menšímu úhlu (vlnová délka concentračních fluktuací rostla), zatímco intenzita maxima se snižovala. Toto chování bylo vysvětleno modelem. Také bylo zjištěno, že nejrychlejší rozpouštění fází při 80°C (což bylo zjištěno za pomocí zdánlivého difuzního koeficientu) bylo asi 10 krát pomalejší, než kinetika fázové separace při 180°C.

A blend of poly(?-caprolactone) (PCL) and poly(styrene-co-acrylonitrile) (SAN) containing 27.5 wt% of acrylonitrile having the critical composition (80/20 PCL/SAN) was studied. This PCL/SAN blend having a lower critical solution temperature (LCST) phase boundary at 122°C offered an excellent opportunity to investigate, firstly the kinetics of phase separation above LCST (125-180°C), and secondly the kinetics of phase dissolution below LCST (50-115°C). The blend underwent a temperature-jump above LCST where spinodal decomposition (SD) proceeded, yielding a regularly phase-separated structure (SD structure). Then, it was quenched to the temperatures below LCST when the phase dissolution proceeded. Optical microscopy was used to observe the spinodal decomposition qualitatively while light scattering was used to characterize the phase separation and phase dissolution quantitatively. It was found that during phase dissolution the peak maximum moved towards a smaller angle (wavelength of concentration fluctuations increases) while the peak intensity decreased. This behavior was described by a model and verified by transmission electron microscopy. Also it was found that the fastest phase dissolution kinetics at 80°C, which was characterized by an apparent diffusion coefficient, was about 10 times slower than the kinetics of phase separation at 180°C.