EHD対流を利用した非相溶性ポリマーブレンド膜のモルフォロジー制御

使用 EHD 对流控制不相容聚合物共混薄膜的形态

• 批准号: 12875142
• 负责人: 寳澤 光紀
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2001
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12875142/
• 关键词: EHD対流; ポリマーブレンド; モルフォロジー; 相分離; 数値シミュレーション; 溶媒蒸発; その場観察

本研究の目的は、ガラス基板上の電極形状に依存してポリマーブレンド溶液層内部に発現する電気流体力学的(EHD)対流の様々な対流構造を利用し、キャスト法により製膜されるポリマーブレンド膜の凝集構造形態(モルフォロジー)の制御を行おうとするものである。本年度は、polystyrene(PS)/poly(vinylacetate)(PVAc)/toluene系を対象とし、以下の点を明らかにした。1)理論的検討実験に先立ち、種々の条件におけるEHD対流の構造を予測するために、溶媒蒸発を伴わない均一系におけるEHD対流の三次元解析を行った。その結果、EHD対流は規則的、周期的な電極形状の1ユニットに拘束され、液膜が厚い場合は深さ方向の循環流、液膜が薄い場合は水平方向の循環流となることがわかった。また、印加電圧を変化させた場合、対流強度は変化するものの、対流構造に大きな変化は見られなかった。2)実験的検討電場を印加せずに溶媒を蒸発させた場合、最終的な相分離構造はPVAc-rich相の細かい液滴が系全体で一様に分散した構造となった。また、初期液膜厚さが減少するにつれ分散液滴の大きさは小さくなることがわかった。一方、ガラス基板上に規則的、周期的形状を有する電極を形成し、その上にポリマーブレンド溶液を展開して直流電場を印加すると、液膜内に電極形状に拘束された規則的なEHD対流が発生し、対流構造の膜厚依存性は前述の数値シミュレーション結果と一致した。また、EHD対流によって液膜内が局所的に撹拌・混合されるため、最終的にPVAc-rich相のマクロなドメインが電極形状に拘束されて規則的に並んだ相分離構造が得られ、そのドメインの面積及び形状は印加電圧や初期液膜厚さによって変化することがわかった。

The purpose of this study is to investigate the electrohydrodynamic (EHD) behavior of the electrode on the substrate depending on the shape of the electrode, and to explore the use of the electrohydrodynamic (EHD) behavior of the electrode in the solution layer. This year, the polystyrene(PS)/poly(vinylacetate)(PVAc)/toluene system has been targeted, and the following points are clear. 1)The theoretical model is based on the three dimensional analysis of the EHD flow structure prediction, solvent evaporation and homogeneous system. The result is that the EHD current is regular and periodic, the electrode shape is restricted, the liquid film is thick, the circulating current is deep, the liquid film is thin, and the circulating current is horizontal. In case of voltage fluctuation, current intensity fluctuation and current structure fluctuation, 2) In the case of solvent evaporation, the final phase separation structure is the PVAc-rich phase and the droplet system is the same as the dispersion structure. The thickness of the initial liquid film decreases, and the dispersion droplets become larger and smaller. A regular, periodic shape of the electrode is formed on the substrate, and the electrode shape in the liquid film is constrained by the development of the DC electric field. The film thickness dependence of the current structure is consistent with the above mentioned results. EHD flow control, mixing, mixing, final PVAc-rich phase, electrode shape, regular phase separation structure, area and shape of PVAc-rich phase, initial liquid film thickness, etc.