Введение к работе
Актуальность темы. Существование широкой концентрационной области полуразбавленных растворов представляет собой фундаментальное свойство растворов полимеров. При переходе из разбавленных растворов к полуразбавленным (кроссовер) изменяется механизм массопереноса, характер течения и морфология раствора полимера, что обычно связывают с формированием флуктуационной сетки зацеплений между макромолекулами.
Имеется значительный объем экспериментальных данных по свойствам как разбавленных, так и полуразбавленных растворов полимеров, однако явно недостаточно внимания уделено происходящим при кроссовере структурным изменениям в водных растворах синтетических полимеров, способных к проявлению специфических взаимодействий.
Так, гидрофобные взаимодействия в водных растворах
полиметакриловой кислоты (ПМАК) ответственны за
внутримолекулярную ассоциацию, приводящую к компактизации ее макромолекул в разбавленных растворах. Остается открытым вопрос о том, каким образом эти взаимодействия могут влиять на процесс перехода в область полуразбавленных растворов.
В связи с этим представляет интерес сравнить характер структурных изменений при переходе разбавленных растворов ПМАК и полиакриловой кислоты (ПАК) к полуразбавленным растворам, поскольку известно, что в водных растворах ПАК не происходит внутримолекулярной ассоциации макромолекул, а химическое строение мономерных звеньев ПМАК и ПАК сходно друг с другом. ПМАК по существу является гидрофобным аналогом ПАК.
Весьма актуальным и информативным при изучении концентрационных переходов оказывается выяснение изменения подвижности макромолекул. Метод фотонной корреляционной спектроскопии (ФКС) является чувствительным инструментом, позволяющим обнаружить изменение макромолекулярной подвижности при смене концентрационного режима раствора.
Изучение методом ФКС диффузионной подвижности наночастиц, введенных в растворы поликислот, является источником информации о морфологии полимерного раствора. Это позволило более точно оценить структурную эволюцию растворов полимеров в отсутствии коллоидных частиц.
Для получения согласованной модели динамического поведения полимерных цепей и наночастиц в различных концентрационных режимах растворов ПАК и ПМАК привлечены методы статического рассеяния света, капиллярной и ротационной вискозиметрии, турбодиметрии.
Целью диссертационной работы является изучение особенностей концентрационного перехода разбавленный - полуразбавленный раствор в водно-солевых растворах ПАК и ПМАК на основе исследования динамики цепей и наночастиц в различных концентрационных режимах.
Научная новизна работы заключается в том, что в ней впервые:
установлены принципиальные отличия концентрационных переходов в водно-солевых растворах ПАК и ПМАК;
обнаружено формирование кластеров (ассоциатов) макромолекул в растворах ПМАК и наличие у них фрактальных свойств;
в области переходов наблюдается корреляция между изменениями характера концентрационных зависимостей коэффициентов диффузии поликислот, вязкости и интенсивности рассеяния их растворов;
показано, что диффузия частиц полистирольного латекса в растворах ПАК отражает процесс релаксации сетки зацеплений;
установлено, что золь ПКК не является индифферентным компонентом по отношению к ПАК и ПМАК выше концентраций перехода.
Автор выносит на защиту:
экспериментальные данные изучения динамики цепей ПМАК и ПАК в водно-солевых растворах различных концентраций;
совместный анализ данных ФКС и статического рассеяния света растворами ПМАК и ПАК;
модель строения кластеров макромолекул ПМАК и кроссовера в растворах ПМАК;
результаты реологических измерений растворов ПМАК и ПАК;
экспериментальные данные изучения динамики частиц золя ПКК и частиц полистирольного латекса в растворах ПМАК и ПАК различных концентраций;
анализ влияния частиц золя ПКК на образование кластеров в растворах ПМАК.
Апробация работы. Результаты работы представлены и обсуждены на следующих научных конференциях и симпозиумах:
XVI Европейской конференции по химии межфазных поверхностей ECIC-XVI (Владимир, 14-18 мая 2003 г.); IV международном симпозиуме "Molecular order and mobility in polymer system" (Санкт - Петербург, 3-7 июня 2002 г.); XIII (Туапсе, 25 сентября - 6 октября 2001 г.) и XIV (Туапсе, 18-26 сентября 2002 г.) симпозиумах "Современная химическая физика"; конференциях студентов и аспирантов по химии и физике полимеров и тонких органических пленок (Дубна, 1-3 апреля 2002 г.; Пущино, 13 - 14 июня 2001 г.); Международной конференции студентов и
аспирантов по фундаментальным наукам "Ломоносов-2002" (Москва, 20 - 23 апреля 2002 г.).
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 9 печатных работ, в том числе 3 статьи и тезисы 6 докладов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, обсуждения результатов, выводов и списка цитируемой литературы. Работа изложена на 164 страницах, содержит 70 рисунков и 11 таблиц. Список цитируемой литературы состоит из 172 наименований.
