Micro- and nanostructured thermoplastic / thermosetting polymer blend systems: reaction-induced phase separation, crystellization and morphology.

In dit proefschrift werd de relatie tussen de uithardingsreactie, het fasengedr ag en de kristallisatie van hoogsmeltende thermoplast/thermoharder blends onderzocht. De fasenontwikkeling in thermoplast gemodificeerde epoxy blends is een uiterst ingewikkeld proce s dat sterk beïnvloed wordt door de uithardingsreactie en het fasenscheidingsp roces. Wanneer een kristalliseerbare thermoplast toegevoegd wordt, zal het fasengedrag daarenboven ook nog beïnvloed word en door de kristallisatie van deze component. De keuze van de uithardingstemperatuur zal dan bepalend zijn voor het onderlinge belang van beide processen in de ontwikkeling van de uiteinde lijke blendmorfologie. Tot op heden is slechts weinig fundamenteel en systematisch onderzoek verricht naar deze complexe relatie. Blendsystemen bestaande uit diglycidylether van bisfenol A, poly(methyleen oxide) en 4,4 -diaminodifenylsulfon werden bereid door middel van smeltmengen.&nbs p; Vooreerst werden de uithardingsreactie, de reactie-geïnduceerde fasenscheiding en de uiteindelijke blendmorfologieë n bestudeerd voor verschillende blend-samenstellingen bij een uithardingstemperatuur boven het smeltpunt van de thermoplast (Tcure = 180 °C). De omzettingsgraad van het epoxyhars werd duidelijk beïnvloed door het optreden van de reactie-geïnduceerde fasenscheiding. Vóór het optreden van fasenscheiding werden verschillen in omzettingsgraad vastgesteld tussen de blendsystemen met een verschillend e POM-concentratie wegens de verdunning van de reactieve groepen en de vor ming van niet-reactive complexen. Na de start van de reactie-geïnduceerde fasenscheiding verdwenen deze verschil len geleidelijk en bereikten alle blends uiteindelijk nagenoeg volledige omzetting. De blendsamenstelling heeft bovendien ook een belangrijke invloed op het fasenscheidingsmechanisme.& nbsp; Bij een toename van de POM-concentratie in de blends werden achtereenvolgens deeltjes/matrix, co-continue en fasengeïnverteerde structuren gevormd. Elk van deze structuren wordt gekenmerkt door bepaalde karakteristieke fasenscheidingsprocessen. Wanneer de uithardingstemperatuur verlaagd werd tot onder het smeltpunt van de thermoplast, trad isotherme kristallisatie op tijdens het uithardingsproces. Bij een uithardingstemperatuur van 150 °C kristalliseerde de thermoplast pa s na fasenscheiding in de POM-rijke matrixfase uit. Dit had echter geen invloed op het verdere uithardingsproces en de uiteindelijke blendmorfologie. Bij 145 °C begon de isotherme kristallisatie vóór de reactie-geïnduceerde fasenscheiding, waarbij zowel de omzettingsgraad als de blendmorfologie beïnvloed werden. De uiteindelijke fasengescheiden structuur tussen de groeiende sferulieten werd bepaald d oor de blendsamenstelling: bij lage POM-concentraties (5 en 10 wt% POM) werd ee n intersferulitische deeltjes/matrix structuur gevormd; bij blends met een hogere POM-concentratie (15 tot 30 wt% POM) werden intersferulitisch fasengeïnv erteerde structuren gevormd. Ten gevolge van de ononderbroken kristallisatie na het optreden van fasenscheiding ontstond en er blendmorfologieën gekenmerkt door een gradiënt in fasengescheiden struct uur. Er werd bovendien aangetoond dat het mogelijk is om de intersferulitische fasenscheiding volledig uit te scha kelen door het verhogen van de nucleatiedichtheid van POM in de blends. Dit kon verwezenlijkt worden door het veranderen van het thermische verleden van de thermoplast of door het ve rlagen van de uithardingstemperatuur tot 140 °C. Bij beide procedures werden er nagenoeg volledig ruimtevullende sferulieten gevormd. Daarenboven werd vastgesteld dat de uithardingsreactie verder doorgaat in de sferulieten zelf, hetgeen uiteindelijk een sferulietachtige morfologie, opgebouwd door het uitgeharde epoxyhars zelf, oplevert, boven het smeltpunt van de thermoplast. Enkel na gelering van het epoxyhars kon deze morfologie behouden blijven. De kristallisatiekinetica van POM in de gemodificeerde epoxysystemen werd onderzocht onder dezelfde uithardingsomstandigheden als deze aangewend i n het gedeelte van het onderzoek van het fasengedrag van de gemodificeerde blends. Het kristallisatie- en smeltgedrag van POM werd achtereenvolgens onderzocht bij de uithardingst emperaturen 180 °C, 150 °C en 145 °C; dit bleek in grote mate beïnvlo ed door de uithardingsomstandigheden en de gevormde blendmorfologieën. Deeltj es/matrix en fasengeïnverteerde structuren vertoonden een totaal verschillend kristallisatiegedrag. X-stralenonderzoek toonde grote verschillen aan in de semikristallijne structuur van de verschillende blendmorfologietypes. Ook het fasenscheidings-proces speelde een belangrijke rol in de ontwikkelin g van de semikristallijne structuur. Enkel de polymorfe structuur van POM bleef identiek onder de verschillende uithardingsomstandigheden. Uit dit onderzoek is tenslotte duidelijk gebleken dat het modificeren van een epoxyhars met e en semikristallijne thermoplast een niet te verwaarlozen invloed heeft op d e fasenmorfologie-ontwikkeling en de uiteindelijke blendmorfologie. Bovendien wordt het kristallisatiegedrag van de thermoplast zelf in grote mate beïnvloed door de uithardingsreactie en de blendmorfologie.&n bsp; Een grondige kennis van de wederzijdse invloed van de fasenscheiding en de kristallisatie is derhalve noodzakel ijk om de uiteindelijke blendmorfologieën volledig te kunnen begrijpen en behee rsen.status: publishe