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

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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。