Введение к работе
у
Введение. Одним из наиболее важных направлений получения полимерных материалов с заданными свойствами является управление формированием надмолекулярных структур. Это особенно существенно для уже хорошо известных полимерных систем, для которых регулирование структуры приводит к возникновению новых свойств.
В настоящее время активно развивается направление, связанное с изучением сложных надмолекулярных структур, возникающсх в би- и мультикомпонентных полимерных системах вследствие явлений сегрегации. Одними из наиболее интересных систем такого типа являются блок-сополимеры, способные к микрофазному разделению, приводящему к образованию (в отличие от смесей полимеров) термодинамически устойчивых высокоупорядоченных доменных структур.
Указанные -структурные особенности блок-сополимеров закладываются на стадии синтеза. Это обуславливает широкие возможности варьирования типов доменных структур, их параметров и соответственно свойств материала, путем изменения химической природы блоков, их молекулярных масс и архитектуры блок-сополимерной молекулы, которая может состоять из различного числа блоков, быть линейной, привитой или звездообразной..
При всем многообразии таких систем в основе их формирования нежат общие закономерности, определяемые эффектами термодинашче-зкой несовместимости блоков и их связанности в единую макромолекулу.
..Исследованию закономерностей формирования таких структур и их 5В0ЙСТВ посвящено большое число как экспериментальных, так и теоретических работ. Тем не менее, проблема далеко не исчерпана и научный и практический интерес к ней сохраняется.
Цель работы состояла в установлении общих для данного класса іиотєм принципиальных закономерностей микрофазного разделения в ілок-сополимерах в аспектах их структуры, кинетики и релаксацион-шх. свойств.
Научная новизна состоит в приоритете следующих результатов, юторые и выносятся на защиту.
1. Применен и развит метод малоуглового нейтронного рассеяния ля исследования блок-сополимеров, позволивший получить информацию
как о надмолекулярной структуре, так и о конформации цепей в доме-' нах. Исследованы конформации цепей в доменных структурах. Предложен и реализован новый способ дейтерэконтрастирования для исследования макромолекул в доменных структурах. Обнаружено возникновение единой высокоупорядоченной ламелярной структуры в бинарной смеси цилиндрообразущих блок-сополимеров.
-
Построена кинетическая теория микрофазного разделения в олок-сополимерах. Получено нелинейное кинетическое уравнение этого процесса. Исследованы его решения, описывающие режимы слабой сегрегации. В.рамках того же подхода исследованы равновесные состоя-.ния в режиме сильной сегрегации.
-
Экспериментально (штодо^ладоутлового рентгеновского рассеяния с использованием синхротронного источника) изучена кинетика микрофазного разделения в олок-сополимерах. Обнаружены два временных масштаба релаксации различных параметров структуры. Предложена модель процесса образования доменной структуры. '
4. Разработана модель, позволящая рассчитывать вклады межфаз
ных слоев сложной структуры в вязко-упругий отклик блок-сополимер-
нкх систем. Исследованы релаксационные переходы в межфазных слоях
бутадиен-стирольных блок-сополимеров. Выявлены переходы, соответ
ствующие разнил степеням раскооперирования сегментального движе
ния.
Актуальность работы определяется необходимостью углубления понимания закономерностей формирования доменных структур в блок-сополимерах как сложного физического явления. В прикладном аспекте изученные закономерности кинетики, строения и релаксационных свойств расширяют возможности управления свойствами блок-сополимеров как класса гетерогенных полимерных материалов, находящих широкое практическое применение.
Практическая значимость состоит в том, что разработанные автором подходы к определению параметров структуры блок-сополимеров и условий формирования доменной структуры могут быть непосредственно использованы при создании полимерных материалов из блок-сополимеров различной химической природы.
Развитые методы анализа релаксационных характеристик блок-оополимеров со сложной структурой межфазных слоев позволяют
направленно формировать механические свойства блок-сополимерных
систем. '
В методическом плане практически значимой является адаптация метода малоуглового нейтронного рассеяния для исследования блок-сополимеров.
%ptpfi вклвд В совокупности работ, охватываемых диссертацией, соискателю принадлежит основная роль в постановке и решении задач, в обобщении результатов, а также в непосредственном выполнении всех основных экспериментов и разработке теорий.
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 27 научных работах.
Апробация. Результаты работы докладывались: на Международной конференции "Молекулярная подвижность в полимерных системах" (ГДР, Лейпциг, 1981), Международной 9-ой конференции по полимерной физике, (ГДР, Потсдам, 1989), 3-ем Международном совещании по некристаллическим твердым телам (Испания, Маталасканья, 1991), Международной конференции по полимерной физике (Англия,'Бристоль, 1991), 25-ой Еврофизической конференции "Ориентационные явления полимеров" '{Россия, Санкт-Петербург, 1992), 13-ой Общей Еврофизической конференции (ФРГ, Регенсбург, 1993), 2-ом Международном совещаний по релаксациям в сложных системах (Испания, Аликанте, 1993), Симпозиуме по макромолекулярной химии СССР-ФРГ (Ташкент, 1983), 1-ой и Ц-ой Всесоюзных конференциях "Смеси полимеров" (Иваново, 1986; Казань, 1990), 11-ой Всесоюзной школе-конференции молодых ученых "Полимеры и композиционные материалы (Алушта, 1988), Совещании по теории полимеров и биополимеров "Конформации и подвижность макро-іголекул" (Ленинград, 1988). На семднарах: в Институте химической физики АН СССР (Москва, 1984), Ленинградском институте ядерной физики АН СССР (Гатчина, 1986), Институте высокомолекулярных соединений РАН (Санкт-Петербург, 1983-1993), на физическом факультете Московского университета (1984, 1988), в Университетах Гамбурга, Фрайбурга, Регенсбурга, Марбурга (ФРГ, 1991-1993),. Институте Макса-Планка по исследованию полимеров (ФРГ, Майнц, 1991).
Материалы диссертации были использованы автором в курсе лекций, прочитанном им аспирантам Института Технической и Макромолекулярной химии Гамбургского университета в 1991-1992 гг.
