Теоретическое изучение мицеллообразования и микрофазного расслоения в трехкомпонентных полимерных системах (1104948)
Текст из файла
На правах рукописиПАЛЮЛИН ВЛАДИМИР ВЛАДИМИРОВИЧТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ МИЦЕЛЛООБРАЗОВАНИЯ ИМИКРОФАЗНОГО РАССЛОЕНИЯ В ТРЕХКОМПОНЕНТНЫХПОЛИМЕРНЫХ СИСТЕМАХСпециальность 02.00.06Высокомолекулярные соединенияАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква — 2010Работа выполнена на кафедре физики полимеров и кристалловфизического факультета Московского государственного университетаимени М.
В. ЛомоносоваНаучный руководитель:доктор физико-математических наукдоцент Игорь Иванович Потёмкин.Официальныеоппоненты:доктор физико-математических наукАнатолий Анатолиевич Даринский.доктор физико-математических наукАндрей Валентинович Субботин.Ведущая организация:ГОУ "Тверской государственный университет"Защита состоится «31» марта 2010 г. в 15.00 на заседании диссертационного совета Д501.002.01 при Московском государственном университете имени М. В. Ломоносова по адресу: 119991 Москва, Ленинские горы,МГУ, физический факультет, ЮФА.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультете МГУ имени М. В.
Ломоносова.Автореферат разослан «25» февраля 2010 г.Ученый секретарь диссертационного совета Д501.002.01кандидат физико-математических наук доцентТатьяна Васильевна ЛаптинскаяОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темыИзучение свойств полимерных систем является одним из основных направлений физики "мягких"сред. Исследование свойств гомополимеров(полимерных молекул, состоящих из химически эквивалентных звеньев)привело к открытию большого количества специфических эффектов.
Развитие методов синтеза позволило получить полимерные молекулы сложного химического состава - гетерополимеры. Оказалось, что свойства таких полимеров существенно отличаются от свойств гомополимеров. Вчастности, неугасающий интерес исследователей привлекает изучение сополимеров (макромолекул, полученных путем соединения ковалентнымисвязями химически различных звеньев) и гребнеобразных полимеров - полимеров, состоящих из основной цепи, к которой пришиты боковые цепи.Общие принципы, управляющие процессами самоорганизации в блоксополимерных системах, уже хорошо изучены. Поэтому в последнее времявнимание исследователей сместилось к выявлению наиболее интересныхи важных для технологических приложений особенностей упорядоченных структур. Одной из основных задач данного раздела науки являетсяпредварительная оценка свойств системы с помощью теоретических расчетов и методов компьютерного моделирования.
Это позволяет направленно синтезировать системы для определенных приложений. Подобныеисследования привели к обнаружению сложных типов симметрии в расплавах блок-сополимеров, явлений двухмасштабной неустойчивости, возможностей получения нецентросимметричных структур и т.д. Изучениемицеллообразования в блок-сополимерных системах сложного строенияпривело к получению новых типов мицелл с весьма интересными свойствами, в том числе лукообразных мицелл, мицелл тороидальной формыи янусовских мицелл.Цель диссертационной работыЦелями данной диссертационной работы являются:1.
Изучение областей стабильности смешанных мицелл в растворах смесей диблок-сополимеров АВ и ВС и влияния различных параметровна вид фазовых диаграмм32. Изучение спинодалей микрофазного расслоение расплавов двойныхгребнеобразных сополимеров для равномерного и неоднородного распределений точек пришивки боковых цепей.Научная новизна работыАвтором впервые получены и выносятся на защиту следующие основные теоретические результаты:1. Разработана теория, позволяющая определить области стабильности смешанных мицелл различных морфологий в смесях диблоксополимеров АВ и ВС в селективном растворителе.
Предполагается, что растворитель является плохим для блоков типа В и хорошимдля блоков типов А и С. Определено влияние длины сополимеров ивеличины параметров взаимодействия между полимерными звеньями на вид фазовой диаграммы. Показано, что переход из смешанныхмицелл в чистые может происходить с изменением симметрии агрегатов.2. Впервые проведены расчеты кривых спинодали микрофазного расслоения расплавов двойных гребнеобразных сополимеров. При определенных значениях параметров Флори-Хаггинса была обнаруженадвухмасштабная неустойчивость в расплавах двойных гребнеобразных сополимеров.
Это свидетельствует о возможности получениямикрофазных структур с двумя характерными периодами в расплавах данного типа молекул.3. Исследовано влияние распределения точек пришивки на спинодалимикрофазного расслоения расплавов двойных гребнеобразных сополимеров. Показано, что переход к менее равномерному распределению приводит к расширению области стабильности неоднородныхструктур.4. Найдено два характерных типа поведения спинодали микрофазногорасслоения в расплавах гребнеобразных сополимеров как функцииповторяющихся элементов: один из них имеет место при малых, авторой - при больших значениях длины участка основной цепи междусоседними точками пришивки.4Научная и практическая значимость работыПолученные результаты носят фундаментальный характер и представляют интерес для понимания природы и развития физики полимеров, атакже могут быть весьма полезны при синтезе новых материалов с заданными свойствами.
В частности, для приготовления мицелл сложнойструктуры и янусовских частиц.Апробация работыСодержание различных разделов диссертации докладывалось на российских и международных конференциях "Малый Полимерный Конгресс"(Москва, 2005), II и III Санкт-Петербургских конференциях молодых ученых "Современные проблемы науки о полимерах"(Санкт-Петербург, 2006,2007), Международной конференции студентов, аспирантов и молодыхученых по фундаментальным наукам "Ломоносов-2006"(Москва, 2006),четвертом международном симпозиуме "Создание и синтез супрамолекулярных архитектур"(Казань, 2006), Четвертой Всероссийской Каргинской Конференции "Наука о полимерах - 21-му веку"(Москва, 2007), 3-йконференции СТИПОМАТ (Лё Диаблере, Швейцария, 2007), 6-м международном симпозиуме "Молекулярный порядок и мобильность в полимерных системах"(Санкт-Петербург, 2008), 48-м симпозиуме "Полимерныеколлоиды: от создания до биомедицинских и индустриальных приложений"(Прага, 2008) и "Тренды в нанонауке 2009"(Ирзее, Германия, 2009).ПубликацииОсновные результаты диссертации опубликованы в 14 работах, списоккоторых приведен в конце автореферата.Структура работыДиссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, заключенияи списка цитируемой литературы, содержит 114 страниц текста, включая49 рисунков.
В диссертации использовано 188 литературных источников.5СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИВо Введении обосновывается актуальность исследуемой проблемы,сформулированы цели исследования и описывается структура диссертации.Первая глава посвящена обзору литературы по теоретическим и экспериментальным подходам к исследованию термодинамики мицеллообразования и микрофазного расслоения, а также особенностям поведениягребнеобразных сополимеров. В первой части главы представлен обзор результатов изучения мицеллообразования в растворах диблок-сополимеров.Затем обсуждаются основные теоретические подходы к изучению микрофазного расслоения. В частности, подробно рассмотрены теоретическиеисследования в пределе слабой сегрегации.Во Второй главе представлено исследование термодинамической стабильности мицелл со смешанной короной и чистых мицелл в растворахсмеси АВ и ВС диблок-сополимеров.
Предполагается, что растворительселективен: хороший для блоков типов А и С и плохой для звеньев типа В. Производится построение фазовых диаграмм, на которых показаныобласти различных морфологий. При этом изучаются вариации областейстабильности фаз при изменении поверхностного натяжения на границеядро-корона, длины диблок-сополимеров и соотношения длин растворимого и нерастворимого блоков.При растворении смеси диблок-сополимеров АВ и ВС в селективномрастворителе, являющимся плохим для звеньев типа В и хорошим длязвеньев А и С, происходит формирование мицелл. Блоки типа В агрегируют и формируют ядро мицелл, а А и С - корону. Предполагаетсятакже, что полимерные звенья различных типов отталкиваются друг отдруга.
Возможно представить две ситуации. В первом случае, звенья Аи С смешаны в короне, т.е. образуются смешанные мицеллы. Во второмслучае, величины отталкивания между звеньями А и С достаточно, чтобы образование смешанных мицелл стало энергетически невыгодным, ипоэтому образуется смесь чистых мицелл (рис. 1). Причиной, по которойсмешанные мицеллы могут быть термодинамически стабильными, является их выигрыш в энтропии по сравнению с чистыми мицеллами. АВи ВС диблок-сополимеры в этом случае обладают большей энтропиейтрансляционного движения, поскольку им доступен больший объем системы. Эффект полностью аналогичен случаю смешения двух идеальныхгазов в сосуде, разделенном перегородкой.6Рис.
1: Раствор смеси чистых мицелл (слева) и смешанных мицелл (справа).Набухание и отталкивание звеньев растворимых блоков будет описанов терминах вторых вириальных коэффициентов B и B0 . B0 характеризует отталкивание звеньев А от других звеньев типа А и то же для звеньевтипа С. Коэффициент B отражает отталкивание между A и C звеньями(между звеньями различных типов, формирующих корону). Для того,чтобы между блоками А и С было эффективное отталкивание необходимо выполнение условия: B > B0 . Количество параметров системы можетбыть уменьшено без потери существенных физических эффектов, еслисчитать, что длины нерастворимых блоков в обоих видах молекул диблоксополимеров имеют равную длину, которую мы обозначим как NB . Такоеже предположение принималось нами и для растворимых блоков А и C,для которых будет использоваться обозначение NA (т.е.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
