Diffusion und Thermodiffusion in Polymerlösungen

Diffusion and thermal diffusion in polymer solutions

Diffusionskoeffizient, Thermodiffusionskoeffizient und der Soret-Koeffizient wurden in Polymerlösungen mit TDFRS und PCS unter verschiedenen physikalischen Bedingungen konzentrations- und temperaturabhängig untersucht. Der Konzentrationsbereich erstreckt sich von verdünnten Lösungen bis hin zu den Polymerschmelzen. In den binären Glasbildnern (z.B. Polystyrol/Toluol) sinken Diffusions- und Thermodiffusionskoeffizient mit steigender Konzentration, und damit bei Annäherung an den Glasübergang, staDiffusionskoeffizient, Thermodiffusionskoeffizient und der Soret-Koeffizient wurden in Polymerlösungen mit TDFRS und PCS unter verschiedenen physikalischen Bedingungen konzentrations- und temperaturabhängig untersucht. Der Konzentrationsbereich erstreckt sich von verdünnten Lösungen bis hin zu den Polymerschmelzen. In den binären Glasbildnern (z.B. Polystyrol/Toluol) sinken Diffusions- und Thermodiffusionskoeffizient mit steigender Konzentration, und damit bei Annäherung an den Glasübergang, stark ab. Der Soret-Koeffizient bleibt hingegen von einer Zunahme der lokalen Reibung unbeeinflusst und folgt Skalengesetzen. In den Polystyrol-Oligomeren treten Abweichungen von der etablierten Molmassenunabhängigkeit des Thermodiffusionskoeffizienten unter zwei Bedingungen auf. Zum einen ist es in den verdünnten Lösungen ein Endgruppeneffekt und zum anderen sind in den konzentrierten Lösungen die unterschiedlichen Glastemperaturen der Oligomerlösungen dafür verantwortlich. Im Gegensatz zum Glasübergang dominiert bei einem Phasenübergang 2. Ordnung (Polystyrol/Cyclohexan) die Thermodynamik. Der Diffusions- und Soret-Koeffizient zeigen kritisches Verhalten und der Thermodiffusionskoeffizient wird hiervon nicht beeinträchtigt. Durch die Untersuchung eines Softpolymers (PDMS) in einem guten Lösungsmittel (Toluol) können die Effekte von Glas- und Phasenübergang vermieden werden. Vergleiche der Konzentrationsabhängigkeit des Thermodiffusionskoeffizienten mit der des Selbstdiffusionskoeffizienten des Lösungsmittels bestätigten das Bild eines von der lokalen Reibung beeinflussten Thermodiffusionskoeffizienten. Aus den gemessenen Diffusionskoeffizienten können hydrodynamische Korrelationslängen berechnet werden, die der gleichen Konzentrationsabhängigkeit folgen wie die aus Streuexperimenten (Literaturdaten) bestimmte statische Korrelationslänge. Eine direkte Korrelation des Soret-Koeffizienten mit der statischen Korrelationslänge ist möglich. Mit Hilfe des Selbstdiffusionskoeffizienten und des osmotischen Drucks gelingt die Berechnung des Diffusionskoeffizienten für den gesamten Konzentrationsbereich.show moreshow less
Diffusion coefficient, thermal diffusion coefficient and the Soret coefficient were determined temperature and concentration dependent in polymer solutions by TDFRS and PCS. The polymer concentrations extend from dilute solutions up to the polymer melts. In binary glass formers (e.g. polystyrene/toluene) the diffusion coefficient and thermal diffusion coefficient decreased with increasing concentration and therefore with the approaching glass transition. Soret coefficients remain unaffected by tDiffusion coefficient, thermal diffusion coefficient and the Soret coefficient were determined temperature and concentration dependent in polymer solutions by TDFRS and PCS. The polymer concentrations extend from dilute solutions up to the polymer melts. In binary glass formers (e.g. polystyrene/toluene) the diffusion coefficient and thermal diffusion coefficient decreased with increasing concentration and therefore with the approaching glass transition. Soret coefficients remain unaffected by the increase of the local friction and obey scaling laws. Polystyrene oligomers show deviations from the well established molar mass independence of the thermal diffusion coefficient unter two conditions. On the one hand it is an endgroup effect in dilute solutions and on the other hand the different glass transition temperatures of the oligomer solutions are responsible for this deviations. Contrary to the glass transition thermodynamics is dominating a second order phase transition in polystyrene/cyclohexane solutions. The diffusion coefficient and the Soret coefficient show critical behavior and the thermal diffusion coefficient is almost not influenced. The investigation of a soft polymer (PDMS), dissolved in the good solvent toluene, avoids the effects of a glass or a phase transition. A comparison of the concentration dependence of the thermal diffusion coefficient with the self diffusion coefficient of the solvent confirms the picture of a thermal diffusion coefficient influenced by local friction. Hydrodynamic correlation lengths were calculated from measured diffusion coefficients and follow the same concentration dependence as the static correlation length (literature data) determined by scattering experiments. A direct correlation of the Soret coefficient with the hydrodynamic correlation length can be shown. With the aid of the self diffusion coefficient and the osmotic pressure the calculation of the diffusion coefficient is possible for the whole concentration range.show moreshow less

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Metadaten
Institutes:Physik
Author: Rauch Jürgen
Advisor:Prof. Dr. Köhler Werner (Prof. Dr.)
Granting Institution:Universität Bayreuth,Fakultät für Mathematik, Physik und Informatik
Date of final exam:20.12.2006
Year of Completion:2006
SWD-Keyword:Angewandte Physik; Diffusion; Polymerlösung; Thermodiffusion
Tag:diffusion; physics; polymer solutions; thermal diffusion
Dewey Decimal Classification:530 Physik
URN:urn:nbn:de:bvb:703-opus-3185
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):04.10.2007