架橋ポリマーアロイ／フィラー複合材の反応誘起型相分離とフィラー界面配列の熱力学

交联聚合物合金/填料复合材料中反应诱导相分离和填料界面排列的热力学

基本信息

批准号：
21H01640
负责人：
岸肇
金额：
$ 10.98万
依托单位：
University of Hyogo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

エポキシ（Ep）重合前は相溶していたポリエーテルスルホン（PES)がエポキシ/アミン反応（高分子化）のため相分離し、Epリッチ相とPESリッチ相を形成する。予め均一分散させたフィラーは、硬化樹脂中にてフィラー種に依存し選択配置場所が異なった。すなわち、ビニルシラン処理シリカはEpリッチ相に配置され、一方、ビニルシラン処理アルミナはEpリッチ相側から移動したように相分離界面付近に配列した。フィラー種により選択配置場所が変化した理由を探るべく、フィラーと反応過程のEp成分のハンセン溶解度パラメータHSPを求め、反応過程での成分間相互作用の変化を考えた。ビニルシラン処理シリカは、相分離直後のEpリッチ相とのHSP距離がPESリッチ相と比べて短く、すなわちEpリッチ相の方がPESリッチ相よりも親和性が高い。そのため、相分離後のシリカ粒子はEpリッチ相に分散した状態でゲル化し、硬化樹脂中のEpリッチ相内に配置されたと考えた。一方でビニルシラン処理アルミナは、シリカと比較するとマトリックス両成分とのHSP距離が同等程度に遠く親和性は高くないが、相分離開始段階では、PESリッチ相より分子量が相対的に小さく混合の自由エネルギーが低いEpリッチ相側に選択配置したと思われる。但し、Ep/アミン反応進行（分子量増加）につれEp相の相互作用半径は小さくなり、アルミナ粒子とEpリッチ相のRED（HSP距離をEp相の相互作用半径で割った値）が上昇する。つまり、Ep重合反応に伴いアルミナ粒子とEpリッチ相との混合の自由エネルギーが増加し、アルミナ粒子はEpリッチ相から排除される方向に移動する。一方、硬化温度（150℃）よりTgが高いPESリッチ相はEpリッチ相より先にガラス化し、Epリッチ相から外側へ移動したアルミナ粒子はPESリッチ相との界面付近で動けなくなり硬化に至ると考えた。

聚醚砜（PES）在环氧（Ep）聚合之前是相容的，由于环氧/胺反应（聚合）而发生相分离，形成富Ep相和富PES相。预先均匀分散在固化树脂中的填料的位置根据填料的种类而变化。即，乙烯基硅烷处理二氧化硅配置在富Ep相中，而乙烯基硅烷处理氧化铝配置在相分离界面附近以从富Ep相侧移动。为了探究所选放置位置随填料种类变化的原因，我们计算了填料Ep组分的汉森溶解度参数HSP和反应过程，并考虑了反应过程中各组分之间相互作用的变化。乙烯基硅烷处理的二氧化硅在相分离后立即与富Ep相的HSP距离比富PES相短，即，富Ep相比富PES相具有更高的亲和力。因此，认为相分离后的二氧化硅颗粒在分散于富Ep相中的同时凝胶化，并且排列在固化树脂中的富Ep相中。另一方面，与二氧化硅相比，乙烯基硅烷处理的氧化铝与两种基体组分具有相似的长HSP距离，并且不具有高亲和力，据认为它被选择性地放置在Ep为的富Ep相一侧；低的。然而，随着Ep/胺反应的进行（分子量增加），Ep相的相互作用半径变小，氧化铝颗粒之间的RED（HSP距离除以Ep相的相互作用半径得到的值）且富Ep相增加。换句话说，随着Ep聚合反应，氧化铝颗粒和Ep富相的混合自由能增加，并且氧化铝颗粒沿从Ep富相排除的方向移动。另一方面，Tg高于固化温度（150℃）的富PES相在富Ep相之前玻璃化，并且从富Ep相向外移动的氧化铝颗粒被粘在附近。我想到了与富含 PES 相的界面，导致硬化。

项目成果

期刊论文数量（19）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

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DOI：
10.1002/app.52654
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
3
作者：
Hajime Kishi; Yutaka Nomura; Ryota Hamano; Ryota Yamada; Satoshi Matsuda; Takeshi Kakibe; Yoshihiro Oka; Yoshiaki Urahama
通讯作者：
Yoshiaki Urahama

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