Scaling of Polymer Solutions as a Quantitative Tool
Scaling of Polymer Solutions as a Quantitative Tool
复制标题
聚合物溶液的扩展作为定量工具
DOI：
10.1021/acs.macromol.0c02810
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发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
5.5
通讯作者：
Sayko, Ryan
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Dobrynin, Andrey V.;Jacobs, Michael;Sayko, Ryan
高分子/溶剂对的相互作用参数和Kuhn长度是合成和生物大分子的高分子物理的基础。在这里，我们演示了如何获得这些参数的溶液粘度的浓度依赖性。该方法的核心是溶液相关长度（斑点大小）λ =lgν/B之间的比例关系，其中，对于具有单体投影长度l的聚合物，每个相关斑点的单体数量。参数Band指数v的值由聚合物主链的溶剂质量、链Kuhn长度以及单体-单体和单体-溶剂相互作用的类型和强度确定。对于指数v = 0.588、0.5和1，参数B分别假定值Bg、Bth和1。特别地，我们利用了非缠结（Rouse）状态下的比粘度η自旋和每个链的相关斑点数Nw/g与重均聚合度Nw之间的线性关系，g =B3/（3ν - 1）（cl 3）1/（1 - 3ν）作为单体浓度c和相应B参数的函数。B参数的值是从归一化比粘度ηsp（c）/Nw（c1 ~ 3）~（1/3ν ~（-1））的平台或它们的位置作为不同溶液体系中单体浓度的函数提取的。纠缠聚合物溶液的方法的扩展提供了一种手段，以获得链包装数，Pe，并完成一组参数{Bg，Bth，Pe}（系统“指纹”）唯一描述的静态和动态的解决方案的聚合物/溶剂对的属性。这种方法是说明聚（环氧乙烷）在水中，聚（苯乙烯）在四氢呋喃和甲苯中，聚（甲基丙烯酸甲酯）在离子液体中，羧甲基纤维素钠在水中的高盐浓度的解决方案。
Knowledge of interaction parameters and Kuhn length for a polymer/solvent pair is a foundation of polymer physics of synthetic and biological macromolecules. Here, we demonstrate how to obtain these parameters from the concentration dependence of solution viscosity. The centerpiece of this approach is the scaling relationship between solution correlation length (blob size) ξ =lgν/Band the number of monomers per correlation blobgfor polymers with monomer projection lengthl. The values of parameterBand exponentvare determined by solvent quality for the polymer backbone, chain Kuhn length, and types and strength of monomer–monomer and monomer–solvent interactions. ParameterBassumes valuesBg,Bth, and 1 for exponentv= 0.588, 0.5, and 1, respectively. In particular, we take advantage of the linear relationship between specific viscosity ηspin the unentangled (Rouse) regime and the number of correlation blobsNw/gper chain with the weight average degree of polymerization,Nw, andg=B3/(3ν – 1)(cl3)1/(1 – 3ν)as a function of monomer concentration,c, and the correspondingBparameter. The values of theBparameters are extracted from the plateaus of normalized specific viscosity ηsp(c)/Nw(cl3)1/(3ν – 1)or their locations as a function of the monomer concentrationcin different solution regimes. The extension of the approach to entangled polymer solutions provides a means to obtain the chain packing number,Pe, and to complete the set of parameters {Bg,Bth,Pe} (a system “fingerprint”) uniquely describing static and dynamic solution properties of a polymer/solvent pair. This approach is illustrated for solutions of poly(ethylene oxide) in water, poly(styrene) in tetrahydrofuran and toluene, poly(methyl methacrylate) in ionic liquids, and sodium carboxymethylcellulose in water at high salt concentrations.
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