Untersuchung kritischer Fluktuationen in Polymermischungen mittels Lichtstreuung und Ultraschall

In dieser Arbeit wurden die Konzentrationsfluktuationen kritischer und nichtkritischer Polymermischungen in der Nähe der Entmischungstemperatur mit statischer und dynamischer Lichtstreuung sowie mit Ultraschallspektroskopie untersucht. Aus den Lichtstreumessungen wurden die Korrelationslänge und der Diffusionskoeffizient der Konzentrationsfluktuationen bestimmt, aus der Messung der Ultraschalldämpfung ihre charakteristische Frequenz. An einem oligomeren System aus Polyethylenglykol (PEG) und Polypropylenglykol (PPG) wurden Lichtstreumessungen im Ein- und Zweiphasengebiet und Ultraschallmessungen im Einphasengebiet durchgeführt. Bei einem höhermolekularen System aus Polydimethylsiloxan (PDMS) und Polyethylmethylsiloxan (PEMS) wurden mehrere Mischungen unterschiedlicher Konzentration im Einphasengebiet mit Lichtstreuung gemessen. Die Ergebnisse der statischen und dynamischen Lichtstreumessungen an den nichtkritischen Mischungen ließen sich sowohl mit dem Pseudospinodalkonzept als auch mit parametrisierten Zustandsgleichungen beschreiben. Die Auswertung der Ultraschalldämpfung der nichtkritischen Mischung PEG/PPG ergab im Rahmen des Pseudospinodalkonzepts und der Mean-Field-Theorie eine Übereinstimmung mit den Ergebnissen der Skalentheorie von Ferrell und Bhattacharjee. Die Ergebnisse der Lichtstreumessungen der PEG/PPG-Mischungen sowie der Messungen des Phasendiagramms des Systems deuten auf eine Bildung von Clustern durch intermolekulare Wasserstoffbrücken-Bindungen hin, die zu einer erhöhten effektiven Molmassenverteilung und einer höheren effektiven Molmasse der Mischung führen. Unter dieser Annahme ist auch der beobachtete Übergang von Ising- zu Mean-Field-Verhalten für die relativ kurzkettigen Polyglykole zu verstehen.

In this work, the concentration fluctuations of polymer mixtures of critical and non-critical concentrations were studied near their temperature of demixing by static and dynamic light scattering and by ultrasonic spectroscopy. From the light scattering experiments, the correla-tion function and the diffusion coefficient of the concentration fluctuations were determined, the measurements of the ultrasonic attenuation yielded the characteristic frequency of the fluctuations. An oligomer system of polyethylene glycol (PEG) and polypropylene glycol (PPG) was examined by light scattering measurements in the one- and two-phase region and by ultra-sonic measurements in the one-phase region. A system of polydimethylsiloxane and polyethylmethylsiloxane of higher molecular weights was measured by light scattering in the one-phase region. The results of static and dynamic light scattering measurements of the non-critical mixtures could be described both by the pseudospinodal concept and by the model of parametric equations of state. The analysis of the ultrasonic attenuation of the non-critical mixture of PEG and PPG in the frame of the mean field theory and the pseudospinodal concept was in accordance with the results of the dynamic scaling theory of Ferrell and Bhattacharjee. The results of the light scattering of the mixtures of PEG and PPG and of the phase diagram of this system indicate a building of clusters by intermolecular hydrogen bonds which lead to an effective polydispersity and a higher effective molar mass of the system. This also explains the observed transition from Ising to mean field behavior for this mixture of polymers with relatively low molecular weights.