1.. Động lực của quá trình trộn
Động lực của quá trình trộn được hiểu là yếu tố giúp cho các polymer chuyển động và đan xen vào nhau. Để làm được việc này ta phải tạo sự chảy (biến dạng bất thuận nghịch) của ít nhất 1 polymer. Động lực của quá trình trộn phổ biến nhất là sự kết hợp giữa năng lượng cơ và năng lượng nhiệt.
Để có thể tạo ra sự trộn lẫn cao thì bắt buộc động lực trộn phải đủ lớn hơn năng lượng liên kết liên phân tử của các pha.
Ta xét tác động của động lực trộn tác động đến hình thái pha trong quá trình trộn, để hiểu rõ vai trò của nó đến kết quả trộn. Xét việc trộn của polymer A và B; với pha A khó chảy hơn B, thì ta có các tình huống:
- Khi động lực quá trình trộn không đủ làm chảy polymer B, coi như không có quá trình tạo trộn lẫn. Ta không xem xét trường hợp này.
- Khi động lực của quá trình trộn làm đủ chảy polymer B, nhưng chưa đủ lớn để tán đều polymer A, thì tuỳ vào độ lớn năng lượng càng cao ta tán pha A có kích thước càng nhỏ
- Khi động lực của quá trình đủ lớn thì polymer A sẽ tan chảy trong hỗn hợp, kích thước sẽ là kích thước phân tử.
Trong thực tế ta không thể dừng đột ngột năng lượng nhiệt có trong hỗn hợp trộn, nên coi như khi ngừng tác động cơ học và tiến hành giải nhiệt thì động lực trộn suy yếu dần về mức chỉ tác động bởi nhiệt môi trường.
Thời gian của quá trình giải nhiệt rất quan trọng, đó chính là thời gian mà quá trình tái sắp xếp hình thái pha diễn ra mạnh nhất.
2.. Bề mặt liên pha (phase)
Bề mặt liên pha là diện tích tiếp xúc giữa 2 pha, khi trộn hợp làm gia tăng được diện tích liên pha càng lớn thì quá trình trộn được đánh giá càng hiệu quả. Tuy nhiên diện tích liên pha sẽ thay đổi khi động lực của quá trình trộn suy yếu, khi đó hỗn hợp tự cấu trúc hình thái của riêng mình dưới tác động của ái lực liên phân tử và chuyển động nhiệt Brown.
Hình thái ổn định sau quá trình tự tái sắp xếp của các pha ta gọi là hình thái học hỗn hợp sau trộn.
3.. Ái lực liên phân tử và sự tương hợp
Ái lực liên phân tử được hiểu là lực hút tương quan giữa các phân tử. Khi trộn hợp giữa 2 polymer A và B thì ta cần quan tâm đến ái lực liên phân tử giữa: A-A; B-B; A-B
Sự tương hợp là một khái niệm nói lên tính ổn định hình thái sau trộn hợp giữa các polymer. Khái niệm này có thể nhận định dựa trên ái lực liên phân tử. Khi trộn hợp 2 polymer A và B, trong đó ái lực liên phân tử A-A > B-B (A-A là ái lực giữa các phân tử của polymer A), thì tuỳ vào ái lực liên phân tử A-B ta có các tình huống
- Khi A-A > B-B > A-B tức là lực giữ bề mặt liên pha sẽ không bằng lực kéo cô kết của mỗi pha. Các pha sẽ tự tách và co cụm lại riêng mình, làm giảm đến mức tối đa diện tích tiếp xúc liên pha. Đây là trường hợp gọi là không tương hợp.
- Khi A-A> A-B > B-B tức là trạng thái pha A chủ động thu nhỏ đến mức tối đa diện tích liên pha, động lực này dẫn đến việc cô tụ pha A thành giọt (nếu pha A là pha chiếm tỉ lệ thấp), hay sẽ ép pha B thành thể giọt (hình cầu - có diện tích bề mặt nhỏ nhất). Đây cũng được gọi là không tương hợp, có một số quan điểm được cho là tương hợp kém.
- Khi A-B> A-A > B-B là trường hợp các phân tử polymer khác loại chủ động tìm hút lẫn nhau. Khi này các polymer tự phân tán đan xen vào nhau, tạo diện tích liên pha cực lớn. Nếu động lực của quá trình trộn đủ tách liên kết liên phân tử A-A thì chúng sẽ đạt được trạng thái hoà tan hoàn toàn. Đây được gọi là tương hợp cao.
4.. Kết quả của quá trình trộn hợp polymer
Hình thái học cuối cùng của hỗn hợp polymer (chưa xét đến việc dùng chất tương hợp) là kết quả tái sắp xếp lại trạng thái các polymer từ "hình thái trong quá trình trộn".
Nên nếu trong quá trình trộn mà không đạt được trạng thái phân bổ tinh, thì chắn chắn sau khi giảm dần động lực quá trình trộn thì hỗn hợp cũng khó tự phân tán để hình thành phân bổ tinh hay hoà tan (bởi các polymer vốn khó chuyển động, và chuyển động nhiệt - chuyển động Brown - cũng chỉ là rung lắc trong phạm vi hẹp). Nên có thể nói hình thái học sau quá trình trộn hợp quyết định chính bởi "hình thái trong khi trộn".
Sự tái sắp xếp mạch polymer sau quá trình trộn hợp ảnh hưởng nhiều đến chất lượng sản phẩm, tuy quá trình này xảy ra chậm nhưng suốt thời gian dài sử dụng sản phẩm cũng đủ tạo ra sự ảnh hưởng không nhỏ.
Các hình thái phân bổ thường thấy khi trộn lẫn 2 polymer
a) Hình thái phân bổ giọt
Là trạng thái điển hình của việc trộn lẫn 2 polymer không tương hợp hay động lực của quá trình trộn chưa đủ lớn. Kích thước của giọt phụ thuộc chủ yếu vào động lực của quá trình trộn.
- Pha ở trạng thái giọt có thể là pha chưa chảy, khi động lực trộn kém
- Khi các pha đã đủ chảy, và chúng không tương hợp nhau thì pha giọt là pha có tỉ lệ thấp.
b) Đây là hình thái phân bổ vô định hình rời rạc
Nếu động lực của quá trình trộn là đủ lớn, thì đây là hình thái tương hợp yếu giữa các pha.
c) Đây là hình thái phân bổ đồng liên tục
Nếu khoảng cách giữa các nhánh trong mỗi pha là rất nhỏ <40nm, ta có thể gọi đó là quá trình hoà tan, bởi như thế nó đã đảm bảo không ảnh hưởng đến sự truyền suốt ánh sáng. Đó là trạng thái tương hợp cao.
Nếu khoảng cách giữa các nhánh lớn, dù đã rất đủ động lực của quá trình trộn, thì đó chỉ là trạng thái tương hợp kém.
Các polymer tương hợp cao với nhau, nhưng động lực của quá trình trộn không đủ cao, thì hình thái của hỗn hợp cũng chỉ dừng ở mức này.
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét