Pluronic嵌段共聚物相行為的介觀模擬研究.pdf

1、本文采用MesoDyn模擬方法模擬計(jì)算了聚氧乙烯聚氧丙烯聚氧乙烯三嵌段共聚物在介觀尺度上的相行為，獲得了一些創(chuàng)新性的結(jié)果。這些研究為理解、解釋以及預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和現(xiàn)象提供了幫助，對(duì)深入研究體系提供良好的理論指導(dǎo)方法。 1．Pluronic溶液中的膠束相通過(guò)介觀動(dòng)力學(xué)方法(MesoDyn)研究了低濃度下的三嵌段共聚物P104和P103水溶液的聚集行為，討論了聚合物濃度、模擬時(shí)間以及溫度對(duì)Pluronic水溶液相行為的影響。在聚合物濃

2、度較低的情況下，可以形成三種不同的膠束聚集體：球形膠束(spherical micelle)、膠束簇(micellar duster)和盤(pán)狀膠束(disk-like micelle)。(1)球形膠束，模擬的膠束結(jié)構(gòu)表明疏水的PPO嵌段形成球形內(nèi)核(micellar core)而親水的PEO嵌段形成核殼(micellar corona)，并有水分子存在內(nèi)核和核殼之中；(2)膠束簇，由于球形膠束之間的締合，形成直徑明顯高于球形膠束的聚集體，

3、其半徑比球形膠束大1 nm左右； (3)盤(pán)狀膠束，膠束簇核殼PEO嵌段之間的相互纏繞，形成了成串的類似盤(pán)狀的膠束。模擬中有序參數(shù)隨濃度的變化證明了這種結(jié)構(gòu)劃分。另外還討論了溫度對(duì)低濃度下的P103膠束的影響，發(fā)現(xiàn)升高反應(yīng)溫度，膠束的形態(tài)沒(méi)有發(fā)生明顯的變化，只是球形膠束的內(nèi)核尺寸逐漸的變大，溫度升高到室溫以上時(shí)膠束簇消失，且溫度升高相分離變的更加困難。 2.剪切對(duì)聚合物P65的影響對(duì)比了有無(wú)剪切作用時(shí)P65水溶液相行為的變化。增加

4、聚合物的濃度，可以發(fā)現(xiàn)不同的相態(tài)：(1)無(wú)剪切作用時(shí)，可以形成三種不同的相態(tài)。一個(gè)是膠束相，包括球形膠束和蟲(chóng)狀膠束，球形膠束排列符合六方堆積，面心立方結(jié)構(gòu)；二是雙連續(xù)相；三是層狀結(jié)構(gòu)。(2)在剪切作用下，對(duì)整個(gè)濃度掃描發(fā)現(xiàn)僅形成兩種相態(tài)：六角狀和層狀相。另外，我們還注意到，在弱剪切作用下，體系的有序參數(shù)呈現(xiàn)振蕩式，而強(qiáng)的剪切作用可以在短時(shí)間內(nèi)使有序參數(shù)達(dá)到平衡。 3．聚合物F127和非離子表面活性劑C12E6的相互作用主要研究了

5、聚合物F127和非離子表面活性劑C12E6的相行為以及兩者之間的相互作用，研究發(fā)現(xiàn)兩者可以發(fā)生很強(qiáng)的締和作用，形成珍珠項(xiàng)鏈結(jié)構(gòu)。由于兩者具有相同的親水嵌段，使其相互作用簡(jiǎn)單化，避免了表面活性劑頭基與PEO鏈之間的相互作用。并且還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)F127的濃度低于6 vol﹪時(shí)，加入C<,12>E<,6>不能形成珍珠項(xiàng)鏈結(jié)構(gòu)，而當(dāng)F127的濃度在7～9vol﹪范圍時(shí)，形成珍珠項(xiàng)鏈所需要的C<,12>E<,6>濃度隨F127的濃度的增加而逐漸的減少

6、，從4vol﹪減少到1vol﹪。而當(dāng)F127的濃度大于9vol﹪時(shí)，形成珍珠項(xiàng)鏈結(jié)構(gòu)所需要的C<,12>E<,6>的濃度又開(kāi)始逐漸增加。 本論文的新穎之處: 1．采用介觀動(dòng)力學(xué)方法(MesoDyn)研究了聚氧乙烯聚氧丙烯聚氧乙烯嵌段共聚物，在介觀層次上定義了膠束簇和盤(pán)狀膠束，并利用不同嵌段的密度分布勾勒了球形膠束的結(jié)構(gòu)，同時(shí)證明了水分子在膠束內(nèi)核與核殼中存在的事實(shí)，與實(shí)驗(yàn)觀察相吻合。 2．根據(jù)有序參數(shù)的變化，在球

7、形膠束區(qū)膠束的形成經(jīng)歷了均相、膠束形成和平衡三個(gè)階段；而膠束簇區(qū)域則分為均相、膠束形成、膠束簇形成和平衡四個(gè)階段。采用等密度圖直觀的在介觀層次上觀察球形膠束和膠束簇的聚集過(guò)程。 3．首次發(fā)現(xiàn)弱剪切作用下聚合物的有序參數(shù)呈振蕩式，并發(fā)現(xiàn)峰頂和峰底的相態(tài)不同。提出了在弱剪切作用下，相態(tài)自身有一定的恢復(fù)能力的觀點(diǎn)。在強(qiáng)的剪切作用下，能很快打破舊相態(tài)形成新的相態(tài)。 4．模擬發(fā)現(xiàn)嵌段共聚物F127在一定的濃度范圍內(nèi)可以和非離子表面