J. Phys. France 51, 185-200 (1990)
DOI: 10.1051/jphys:01990005102018500

Equilibrium emulsification of polymer blends by diblock copolymers

Zhen-Gang Wang et S.A. Safran

Corporate Research Science Laboratories, Exxon Research and Engineering Company, Annandale, NJ 08801, U.S.A.

Abstract
The onset and morphology of various equilibrium emulsion phases for an A and B homopolymer mixture with diblock A-B copolymers as the compatibilizer, is investigated. Attention is focused on the relation between the relative lengths of the blocks and the elastic properties of the interfacial layer which determines the phase behavior. The curvature elastic moduli K and K, as well as the spontaneous radius of curvature, R 0, are obtained. The situation studied here differs from the conventional interfacial approach to microemulsions with short-chain surfactants, in that (1) the area per copolymer Σ on the interface is not fixed, but is determined by a balance between the elastic energy of the chain and the interfacial tension ; thus Σ also depends on the curvatures ; (2) as a result of (1), the elastic coefficients K, K and R0 are interdependent, and in contrast to the short chain systems, the saddle-splay modulus K is always negative (see text for the sign convention). The phase diagram as a function of these parameters is therefore different from that obtained by conventional interfacial descriptions for short surfactants.

Résumé
On a étudié l'apparition et la morphologie de diverses phases à l'équilibre, du type émulsion, formées par le mélange d'homopolymères A et B avec des copolymères diblocs A-B jouant le rôle d'agents de compatibilité. On s'intéresse, en particulier, au rapport entre les longueurs relatives des blocs et les propriétés élastiques de la couche interfaciale qui détermine le comportement de la phase. On évalue les modules élastiques de courbure K et K, ainsi que le rayon de courbure spontané R0. La situation abordée diffère de celle traitée par l'approche habituelle des interfaces de micro-émulsions contenant des surfactants de chaînes courtes pour deux raisons : (1) la surface par copolymère Σ à l'interface n'est pas fixée, mais déterminée à partir de l'équilibre entre l'énergie élastique de la chaîne et la tension interfaciale ; ainsi Σ dépend aussi des courbures. (2) En conséquence de (1), les coefficients élastiques K, K et R 0 sont interdépendants et, au contraire de ce qui se passe avec les systèmes à chaîne courte, le module K est toujours négatif (voir le texte pour la convention sur les signes). Le diagramme de phase, en fonction de ces paramètres, est donc différent de celui obtenu à partir des descriptions conventionnelles d'interfaces avec des surfactants à chaînes courtes.

PACS
8270K - Emulsions and suspensions.
6470 - Specific phase transitions.
6803C - Surface tension and related phenomena.
6125H - Macromolecular and polymer solutions; polymer melts; swelling.

Key words
elastic moduli -- emulsions -- phase diagrams -- polymer blends