بررسی عوامل موثر بر فرآیند انبوهش ذرات هسته پوسته در بسترهای در حال پلیمریزاسیون

امکان‎ کنترل مورفولوژی آمیزه‎های اپوکسی-پلی‎(متیل متاکریلات) و اپوکسی-(هسته-پوسته) با بکارگیری آمیزه‎ای از دو نوع عامل پخت یعنی دی آمینو دی فنیل متان (ddm) و متیلن بیس(3-کلرو-2و6-دی اتیل آنیلین) (mcdea) بررسی شد. پخت آمیزه‎ها با یکی از عوامل پخت (ddm) منجر به ایجاد مورفولوژی قطره‎ای در آمیزه‎های اپوکسی-پلی‎(متیل متاکریلات) و انبوهه‎هایی متراکم در آمیزه اپوکسی با ذرات هسته-پوسته می‎شود. عامل پخت دوم (mcdea) بگونه‎ای انتخاب شد که گرمانرم مصرفی و پوسته ذرات هسته -پوسته با شبکه حاصل از آن کاملاً سازگار بوده و به همین دلیل مورفولوژی نهایی آمیزه به صورت همگن (محلول یا پراکنده) باشد. نتایج آزمایشات انجام شده نشان می‎دهد که هرچند واکنش‎پذیری ddm به مراتب بیشتر از mcdea است، ولی واکنش پخت اپوکسی با آمیزه‎ این دو عامل پخت، به صورتی همگن روی داده و تقدم و تأخری در رویداد واکنش هر یک از این دو عامل پخت با گروه‎های اپوکسید وجود ندارد. هر دو آمین در تمامی آمیزه‎ها رفتاری آرنیوسی از خود نشان داده و سینتیک واکنش آنها به خوبی بر مدل کمال اصلاح شده تطابق دارد. نتایج آزمون‎های ftir و dsc وجود برهم‎کنش‎های ویژه میان شبکه حاصل از هر دو آمین و پلی (متیل متاکریلات) را تأیید می‎نماید. این برهم‎کنش‎ها توسط آزمایشات انجام شده برای تعیین تغییرات ظرفیت گرمایی ویژه در tg نیز اثبات شد. آزمون‎های کدری‎سنجی بر این نکته صحه می‎نهند که حضور mcdea در آمیزه در حال پخت با ddm می‎تواند تمایل pmma به شبکه نهایی را افزایش داده و به عبارت دیگر این ماده می‎تواند به عنوان سازگارکننده شبکه ddm با pmma یا پوسته پلی(متیل متاکریلاتی) ذرات هسته-پوسته رفتار کند. بر اساس این آزمون‎ها ذرات هسته-پوسته در شبکه حاصل از mcdea کاملاً پراکنده بوده و انبوهیده (aggregated) نمی‎شوند. آزمون‎های میکروسکوپی نوری نشان دادند که هنگامیکه آمیزه‎ای از رزین اپوکسی و پلی(متیل متاکریلات) با مخلوطی از آمین‎های مذکور پخت می‎شود، افزایش درصد ddm ابتدا باعث ایجاد یک مورفولوژی هم‎پیوسته (co-continuous) و سپس سبب تبدیل این مورفولوژی به مورفولوژی قطره‎ای می‎گردد. آزمون‎های میکروسکوپی الکترونی نشان داد که در آمیزه‎های حاوی pmma که با مخلوطی از دو آمین پخت شده بودند، زبری سطح شکست در یک ترکیب درصد خاص آمیزه پخت، حداکثر است. این ترکیب درصد مخلوط پخت متناظر با مورفولوژی هم‎پیوسته در آمیزه است. نظیر همین رفتار نیز در آمیزه‎های حاوی ذرات هسته-پوسته دیده شد. وجود مورفولوژی هم‎پیوسته در یکی از این ترکیب درصدها توسط میکروسکوپی الکترونی عبوری نیز به اثبات رسید. با فرآورش داده‎های حاصل از سختی‎سنجی و ارایه مفهوم "سختی ذاتی" برای اولین بار، ثابت شد که مورفولوژی هم‎پیوسته در تغییر مشخصات مکانیکی بستر اپوکسی از دو مورفولوژی قابل دستیابی دیگر یعنی همگن و قطره‎ای ذاتاً موثرتر است. با استفاده از مفهوم "سختی بی‎بْعد" مشخص شد که مقدار این کمیت که نسبت سختی سطح شکست نمونه به سختی سطح آزاد آن است، در ترکیب درصد متناظر با مورفولوژی هم‎پیوسته حداقل است. مطالعات dsc آمیزه‎های حاوی pmma و پخت شده با مخلوطی از دو آمین، نشان داد که در این آمیزه‎ها چند فاز قابل تشخیص است. یکی از این فازها غنی از pmma و دیگری یک یا مخلوطی از دو فاز پخت شده با نسبت‎های مختلف از ddm و mcdea است. از سوی دیگر وجود pmma در این فاز(ها) نیز محرز می باشد. در ادامه این مطالعات و با بررسی میزان افت تغییر در ?cp در دمای انتقال شیشه ای مشخص شد که حضور pmma در این فاز(ها) سبب کاهش "شکنندگی" (fragility) می‎شود. بزرگی این کاهش شکنندگی تابعی است از مقدار mcdea در مخلوط پخت. هر چه مقدار mcdea در مخلوط پخت بیشتر باشد، کاهش بیشتری نیز در شکنندگی شبکه دیده می‎شود. این امر به افزایش حلالیت pmma در شبکه مخلوط و لذا تقویت برهم‎کنش‎های هیدروژنی بین pmma و شبکه نسبت داده شد. در مجموع می‎توان چنین نتیجه گرفت که با استفاده از مخلوطی از یک آمین سازگار و یک آمین ناسازگار با پوسته ذرات هسته-پوسته می‎توان مورفولوژی آمیزه‎ها را با دقت خوبی کنترل کرده و در غلظت‎های نسبتاً پایین از ذرات هسته-پوسته به انبوهه‎هایی نامتراکم و در نهایت ساختاری فراگیر (percolating) دست یافت. همچنین با بکارگیری این روش می‎توان مورفولوژی آمیزه‎های حاوی پلی(متیل متاکریلات) را نیز در غلظت‎هایی به مراتب کم‎تر از غلظت بحرانی به صورت هم‎پیوسته درآورد