Диплом, курсовая, контрольная работа
Помощь в написании студенческих работ

Микроструктурирование в смесях диблок-сополимеров разной длины и системах диблок-сополимер-ПАВ-растворитель

Диссертация: Микроструктурирование в смесях диблок-сополимеров разной длины и системах диблок-сополимер-ПАВ-растворитель
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

В последние десятилетия теория полимерных систем является интенсивно развивающейся областью статистической физики. В частности, широкое внимание привлекает явление микрофазного расслоения в различных полимерных системах. Огромное число работ посвящено изучению растворов и расплавов блок-сополимеров. Такой интерес исследователей к блок-сополимерам связан с широкими возможностями их практического… Читать ещё >

Содержание

  • I. Обзор основных представлений о блок-сополимерах и поверхностно активных веществах
  • 1. Структура блок-сополимеров, их свойства
    • 1. 1. Расплавы блок-сополимеров
    • 1. 2. Теория Лейблера для режима слабой сегрегации
    • 1. 3. Теория Семенова для режима сильной сегрегации
  • 2. Растворы диблок-сополимеров в селективных растворителях
    • 2. 1. Мицеллы в разбавленном растворе диблок-сополимеров
    • 2. 2. Мицеллообразование в растворе диблок сополимеров
  • 3. Микр о структурирование в смесях диблок-сополимеров
    • 3. 1. Привитые слои
    • 3. 2. Микрофазное расслоение в смесях диблок-сополимеров в разбавленном растворе
  • 4. Свойства поверхностно активных веществ
  • II. Микрофазное расслоение в смеси диблок-сополимеров в режиме сильной сегрегации
  • 1. Постановка задачи
  • 2. Структура ядра мицеллы
  • 3. Свободная энергия смешанной мицеллы
  • 4. Фазовое равновесие в смеси блок-сополимеров
  • III. Мицеллообразование в разбавленном растворе смеси диблок-сополимеров в селективном растворителе
  • 1. Постановка задачи
  • 2. Модель
  • 3. Фазовая диаграмма раствора
  • 4. Обсуждение результатов и сравнение с экспериментальными данными
  • IV. Мицеллообразование в системе диблок-сополимер / ПАВ растворитель
  • 1. Постановка задачи
  • 2. Модель
  • 3. Свободная энергия агрегата
  • 4. Результаты
  • 5. Обсуждение результатов и сравнение с экспериментальными данными

Микроструктурирование в смесях диблок-сополимеров разной длины и системах диблок-сополимер-ПАВ-растворитель (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

В последние десятилетия теория полимерных систем является интенсивно развивающейся областью статистической физики. В частности, широкое внимание привлекает явление микрофазного расслоения в различных полимерных системах. Огромное число работ посвящено изучению растворов и расплавов блок-сополимеров. Такой интерес исследователей к блок-сополимерам связан с широкими возможностями их практического применения. Материалы на основе блок-сополимеров получили название композиционных материалов. Блок-сополимеры используются для создания высокопрочных пластмасс и термопластичных эластомеров.

В настоящее время акцент в изучении переместился с создания конструкционных материалов на новые объекты промышленного интереса, так называемые функциональные полимеры. Это такие полимерные системы, которые характеризуются резким откликом на небольшие изменения внешних условий (качество растворителя, рН, содержание сопи в растворе, температура и т. д.). Эти материалы находят применение в медицине как средства дозирования и доставки лекарственных средств в организме человека, в качестве функциональных элементов различных датчиков, при создании катализаторов. Как правило, функциональные полимеры представляют собой ионсодержащие системы и часто содержат микроструктуры наномасштаба, что и позволяет обеспечить высокую чувствительность системы. В первом случае определяюгцую роль играют дальнодействующие кулоновские силы, во втором — возникновение протяженных поверхностей раздела на границе фаз.

Относительно теории блок-сополимеров, можно заметить, что задачи поставленные для простейших моделей были решены в 70−80х годах. В настоящее время предлагаются более сложные, и одновременно более адекватные модели для описания блок-сополимерных систем. Несмотря на активное изучение, такие вопросы как полидисперсность цепей, расслоение в многокомпонентных системах, полиэлектролитные эффекты еще не получили достаточного освещения. Одним из путей модификации свойств микроструктур в блок-сополиерных может быть применение различных смесей блок-сополимеров. Описание растворов и расплавов таких систем в литературе недостаточно полно, а имеющиеся работы по данной тематике содержат ряд существенных приближений.

Очень перспективными объектами исследования являются водные растворы смесей блок-сополимеров и поверхностно активных веществ. Как известно, поведение ПАВ в растворах аналогично поведению блок-сополимеров, помещенных в селективный растворитель. Образование в водном растворе мицелл, содержащих цепи блок-сополимера и молекулы ПАВ, позволяет растворять нерастворимые в воде другими способами вещества (как высокомолекулярные, так и низкомолекулярные). При этом присутствие в мицеллах цепей блок-сополимеров позволяет обеспечить стабильность образующихся агрегатов. В настоящее время начаты экспериментальные исследования, связанные с адсорбцией ионов металлов мицеллами, сформированными блок-сополимерами и ПАВ. Разработка этого направления перспективна с точки зрения получения эффективных катализаторов для химических реакций.

На основании выше изложенного можно заключить, что смеси блоксополимеров и смеси блок-сополимер/ПАВ являются интересными и многообещающими объектами исследования как с практической точки зрения, так и с теоретической. Теоретическое изучение этих систем позволит существенно обогатить уже имеющиеся знания в этой области, а также может помочь интерпретации накопившихся экспериментальных данных и постановке новых экспериментальных работ. В диссертации впервые рассмотрены и выносятся на защиту следующие результаты:

• развита теория сильной сегрегации для смеси диблок-сополимеров двух сортов, отличающихся молекулярной массой и химическим составом минорных блоков;

• изучена структура мицелл, содержащих блоки разной длинывычислены распределения мономерных звеньев разных сортов в ядре агрегата;

• построены фазовые диаграммы смеси блок-сополимеров для случаев двух химически идентичных блок-сополимеров, отличающихся длинами минорных блоков и для блок-сополимеров, отличающихся молекулярной массой и химическим составом минорных блоков;

• показано, что процесс образования мицелл в растворе смеси идентичных блок-сополимеров, отличающихся длиной блоков, в селективном растворителе, может быть описан как равновесная химическая реакция ассоциации-диссоциации между мицеллами с различными двухмерными агрегационными числамимицеллы образуются по механизму «открытой» ассоциациираствор при любых концентрациях полимеров характеризуется широким распределением.

Введение

7 по концентрациям агрегатов разных сортов, которое может быть бимодальным;

• получена фазовая диаграмма поведения разбавленного раствора сме си диблок-сополимеров в селективном растворителе при изменении концентраций компонентов;

• процесс мицеллообразования в растворе смеси диблок-сополимера и ПАВ, диссоциирующего в полярном растворителе, описан в рамках модели «открытой» ассоциацииполучены характеристики равновесных мицелл и фазовые диаграммы смеси при изменении концентраций компонентов для бессолевого раствора и раствора с высокой концентрацией добавленной соли.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах [60], [62] [67].

Основные результаты и выводы работы 95 случае смесей нейтральных блок-сополимеров разной длины.

• В том случае, если в растворе существуют мицеллы блок-сополимера при добавлении ПАВ происходит значительное увеличение размеров агрегатов, засчет проникновения ПАВ в мицеллы.

• В присутствии внешней соли в растворе существенно увеличивается размер агрегатов, что также связано с экранировкой электростатических взаимодействий.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Flory P.J. Principles of polymer chemistry.// Cornell Univ. Press, 1. aca, N.Y., 1971
  2. Де Жен П. Идеи скейлинга в физике полимеров. // М.:Мир, 1982.
  3. Leibler Theory of Microphase Separation in Block Co-Polymers.// Macromolecules, 1980,13,1602.
  4. A.H., К теории микрофазного расслоения в расплавах блок-сополимеров. // ЖЭТФ, 1985,88,1242.
  5. Semenov A.N., Microphase Separation in Diblock Copolymer Melts -Ordering of Micelles Macromolecules, 1989, 22, p. 2849−2851.
  6. Nyrkova I.A., Khokhlov A.R., Doi M. Microdomains in Block Copolymers and Multiplets in Ionomers: Parallels in Behavior. // Macromolecules, 1993,26,3601.
  7. И.Я., Влияние химического строения двухкомпо-нентных расплавов гетерополимеров на образование в них доменной структурыю.// Высокомолекулярные соединения, 1982, А 24,1942,1950.
  8. Hong K.M., Noolandi J., Theory of Phase-Equilibria in Systems Containing Block Co-Polymers.// Macromolecules, 1983,16,1083.
  9. G. Н. Fredrickson, Е. Helfand, Fluctuation effects in the theory of microphase separation in block copolymers.// J. Chem. Phys. 1987, 87, p. 697−705
  10. Dobrynin A.V., Erukhimovich I.Ya., Fluctuation Effects In The Theory Of Weak Supercrystallization In Block Copolymer Systems Of Complicated Chemical-Structure.// J. Phys.//France, 1991,11,1387.
  11. Erukhimovich I.Ya., Dobrynin A.V., A Statistical Theory of Polydysperse Block Copolymer Systems under Weak Supercristalization.// Macromol. Symp., 1994, 81, No.3, p. 253−315
  12. Hong K.M., Noolandi The Effect of Polydispersity on Microphase Separation of a Block Copolymer System.// Polym. Comun., 1984, 25, p. 265−269
  13. И.М. Некоторые вопросы статистической физики биополимеров.// ЖЭТФ, 1968,55,2408.
  14. Lifshitz I.M., Grosberg A.Yu., Khokhlov A.R. Some Problems Of Statistical Physics Of Polymer-Chains With Volume Interaction.// Rev. Mod. Phys., 1978,50,683.
  15. Helfand E., Tagami Y. J. Chem. Phys., 1971,56,3592.
  16. Semenov A.N., Nyrkova I.A., Khokhlov A.R., Polymers With Strongly Interacting Groups Theory For Nonspherical Multiplets.// Macromolecules, 1995, 28, 7491
  17. Developments in block-copolymers. /Ed. by Goodman I. N.Y.: Applied science, 1982 (Vol.l), 1985 (Vol.2).
  18. Processing, structure and properties of block-copolymers. /Ed. by Folkes M. J. N.Y.: Elsevier, 1985.
  19. Daoud M., Cotton J. P. Star shaped polymers: a model for the conformation and its concentration dependence. //J.Pysique, 1982, 43, No. 3, 531.
  20. А. Ю., Хохлов A. P. Статистическая физика макромолекул.// M.: Наука, 1989.
  21. Е. Б.Донформации макромолекул, привитых к твердой сферической поверхности.//ВМС 1983, 256, 834−838.
  22. Т. М., Жулина Е. Б., Конформации молекул блок-сополимеров в селективных растворителях (мицеллярные структу-ры).//ВМС 1985, 27а, No. 3, 511−517.
  23. T. M., Zhulina E. В., Scaling theory of supermolecular strustures in block-copolymer solvent systems: 1. Model of micellar structures.//Polymer, 1989, 30, 170−177.
  24. Tuzar Z., Kratochvil, Micelles of block and graft copolymers in solutions. //Surface and Colloid Science, 15, Ed. by Matijevic E. N. Y.: Plenum Press, 1993
  25. Sikora A., Karasz F. E. Solution-phase equilibria for block copolymers in selective solvents.// Macromolecules, 1993,26, No. 1, 177−181.
  26. Yuan X.-F., Masters A. J., Price C. Self-consistent field theory of micelle formation by block-copolymers.// Macromolecules, 1992,25, No. 25, 6876−6884.
  27. Linse P. Micellization of poly (ethylene oxide)-poly (propylene oxide) block-copolymers in aqueous solution.// Macromolecules, 1993,26, No. 17, 4437−4449.
  28. H.-G. Elias, The study of association and aggregation via light scattering//Light scattering from polymer solution/Ed. by Huglin M. B.- London: Academic Press, 1972.
  29. H.-G. Elias, Nonionic micelles// J. Macromol.Sci.-Chem., 1973, A7, 601−622
  30. G. Wu, B. Chu, Light scattering study of a block poly (oxyethylene-oxypropylene-oxyethelene) copolymer in water/o-xylene mixtures. // Macromolecules, 1994, 27, No 7. 1766−1773.
  31. H.-G. Elias, H. Lys, Multimerization: assotiation and aggregation.// J. Macromol.Chem., 1966, 96, No. 17 62−82.
  32. Tuzar Z., Petrus V., Kratochvil P. Sedimentation and light scattering study of block copolymer association.// Die Makromol. Chem., 1974, 175, 3181.
  33. Zhou Z., Chu B., Pieffer D. G. Temperature induced micelle formation of a diblock copolymer of styrene and tert-butyl-styrene in N, N-dimethylacetamide.// Macromolecules, 1993, 26, 1876.
  34. Gao Z., Eisenberg A. A model of micellization for block copolymers in solution.// Macromolecules, 1993, 26, 7353.
  35. Khougaz K., Gao Z., Eisenberg A. Determination of the critical micelle concentration of block copolymer micelles by static light scattering.// Macromolecules, 1994, 27, 6341.36. de Gennes P.-G., J. Phys.(Paris), 1976, 37, p. 1443.
  36. Alexander S. J., Adsorbtion of Chain Molecules with a Polar Head. A Scaling Description.//J. Phys.(Paris), 1977, 38, p. 983.
  37. MilnerS.T., Witten Т.A., Gates M.E., A Parabolic Density Profile For Grafted Polymers.// Europhys. Lett., 1988, 5, 413.
  38. Milner S.T., Witten Т.A., Cates M.E., Theory Of The Grafted Polymer Brush.// Macromolecules, 1988, 21, 2610.
  39. Milner S.T., Witten Т.A., Cates M.E. Effects of Polydispersity in the End-Grafted Polymer Brush. // Macromolecules, 1989, 22, 853.
  40. Lai, Pik-Yin Zhulina, E.B. Structure of a Bidisperse Polymer Brush: Monte Carlo Simulation and Self Consistent Field Results.// Macromolecules, 1992, 25, p. 5201.
  41. Dan, N. Tirrell, M. Effect of Bimodal Molecular Weight Distribution on the Polymer Brush.// Macromolecules, 1993 26, p. 6467.
  42. Marko, J.F., Polymer Brush in Contact with a Mixture of Solvents. //Macromolecules, 1993, 26, p. 313.
  43. Birshtein, Т. M. Zhulina, E. B. Pryamitsyn, V. A., Phase Diagram of a Polyelectrolyte Brush Consisting of Polymer Chains with Charges on Free Ends.// Polymer science, Series A, 1997, 39, p. 797.
  44. Birshtein, T.M. Lyatskaya, Yu. V., Theory of the Collapse-Stretching Transition of a Polymer Brush in a Mixed Solvent.// Macromolecules, 1994 27, 1256.
  45. Birshtein, T.M. Lyatskaya, Yu. V., Polymer brush in a mixed solvent.// Colloids and Surfaces A, 1994, 86, p. 77.
  46. Likhtman, А.Е. Anastasiadis, S.H. Semenov, A.N., Theory of Surface Deformations of Polymer Brushes in Solution. // Macromolecules, 1999, 32, p. 3474.
  47. Dolan A. K., Edwards S. F., Effect Of Excluded Volume On Polymer Dispersant Action.// Proc. R. Soc. London, A, 1974, 337, 509- Proc. R. Soc. London, A, 1975, 343, 427.
  48. Halperin A. Microphase separation in binary polymeric micelles. //J. Phys. France, 1988,49,131
  49. D. F. K. Shim, C. Marques, M. E. Cates Diblock Copolymers: Comicellization and Coadsorption. //Macromolecules, 1991, 24, 53 095 314.
  50. P. Sens, C. Marques, J.-F. Joanny Mixed Micelles in a Bidisperse Solution of Diblock Copolymers. //Macromolecules, 1996, 29, 48 804 890.
  51. Israelachvili, J. Intermolecular and Surface Forses, 2nd ed. //San Diego: Academic Press, Inc.
  52. D. F. Evans, H. Wennerstrom The Colloidal Domain: Where Physics, Chemistry, Biology, and Technology Meet.// 1994, N. Y.: VCH Publishers, Inc.
  53. JI. Д., Лифшиц Е. М. Статистическая физика. 1964, Москва: Наука.
  54. Spatz J., Sheiko S., Moiler M., Ion-Stabilized Block Copolymer Micelles: Film Formation And Intermicellar Interaction.// Macromolecules, 1996, 29, 3220
  55. Antonietti М., Forster S., Hartmann J., Oestereich, Novel Amphiphilic Block Copolymers By Polymer Reactions And Their Use For Solubilization Of Metal Salts And Metal Colloids.// Macromolecules, 1996, 29, 3800
  56. C. Honda, Y. Hasegawa, R. Hirunuma, T. Nose, Micellization Kinetics Of Block-Copolymers In Selective Solvent.// Macromolecules, 1994, 27, 7660
  57. C. Honda, K. Yamamoto, T. Nose Comicellization of Binary Mixtures of Block Copolymers with Different Block Lengths in a Selective Solvent. // Polymer, 1996, 37, 1975.
  58. E. Hecht, H. Hoffmann, Interaction Of ABA Block-Copolymers With Ionic Surfactants In Aqueous-Solution.// Langmuir, 1994, 10, 86.
  59. A. L. Borovinskii, A. R. Khokhlov, Microphase Separation in a Mixture of Block Copolymers in the Strong Segregation Regime.// Macromolecules, 1998, 31, 1180−1187.
  60. N. P. Shusharina, M. V. Saphonov, I. A. Nyrkova, P. G. Khalatur, A. R. Khokhlov The Critical Micelle Concentration for the Solution of Polyelectrolyte / Neutral Block Copolymers. // Ber. Bunsenges.Phys.Chem., 1996, 100, 857−863.
  61. A. L. Borovinskii, A. R. Khokhlov, Micelle Formation in the Dilute Solution Mixtures of Block-Copolymers. Macromolecules, 1998 31, No. 22, 7636.
  62. A. L. Borovinskii, A. R. Khokhlov Micelle Formation in Block-Cop olymer/Surfactant Mixture in Polar Solvent. //Отправлена в Macromolecules.
  63. A. JI. Боровинский, А. Р. Хохлов Микрофазное расслоение в смеси блок- сополимеров в режиме сильной сегрегации. //Москва, Международная конференция «Фундаментальные проблемы науки о полимерах» (к 90-летию академика В. А. Каргина) 21−23 января 1997 г.
  64. A. JI. Боровинский, А. Р. Хохлов Микрофазное расслоение в смесях блок- сополимеров в селективном растворителе. // «XIII Семинар по межмолекулярному взаимодействию и конформациям молекул», Тверь, 15−17 июня 1997 г.
  65. A. JI. Боровинский // Мицеллообразование в смесях диблок-сополимеров и ПАВ в полярном растворителе. «Школа по физике и химии полимеров», Тверь, 25−26 декабря 1998 г.
  66. J. F. Marko, Y. Rabin Microphase Separation of Charged Diblock Copolymers: Melts and Solutions.// Macromolecules, 1992 25, 15 031 509.
  67. P. Gonzales-Mozuelos, M. Olvera de la Cruz Ion condensation in saltfree dilute polyelectrolyte solutions.// J. Chem. Phys., 1995, 103, No. 8, 3145−3157.
  68. C. Huang, M. Olvera de la Cruz, M. Delsanti, P. Guenoun Charged Micelles in Salt-Free Dilute Solutions. // Macromolecules, 1997 30, 8019−8026.
  69. Г. И. Тимофеева, Л. В. Дубровина // Высокомол. соед. принято в печать, 1999.
  70. L. М. Bronstein, L. V. Dubrovina, G. I. Timojeeva, P. M. Valetsky // Langmuir, to be published, 1999.
Заполнить форму текущей работой

На отлично!