接枝高分子的SF-SCF理论模拟
接枝高分子已经广泛应用于表面润湿性能的调控、表面防污、胶体或纳米粒子的分散与稳定等实践中。很多实验与理论也对许多不同体系的接枝高分子做了充分的探究。然而，相关理论研究仍无法覆盖所有领域，很多应用仍主要依靠实践经验做指导。 对于水平外力作用下的接枝高分子、纳米粒子表面接枝高分子以及支化高分子的研究具有重要理论和实际意义，对很多生产实践有着指导作用。Scheutjens-Fleer自洽场理论（SF-SCF）在众多研究高聚物的理论中，有着相对较少的近似与假设，并且更易于拓展到多种复杂体系。本文将SF-SCF理论拓展到上述三个体系，计算了不同体系下的高分子链段分布、末端距、超额自由能等关键物理量，对接枝高分子在不同体系下的性质做出理论描述与解释。 针对接枝高分子受到水平外力作用的情形，研究结果表明，接枝高分子出现链伸展并沿着作用力方向倾倒。在排斥体积相互作用与构型熵变化的共同作用下，低接枝率或接枝的刚性高分子更易于伸展与倾倒。在较大外力作用下，柔性高分子链的表观刚性增强。水平外力作用下，刚性高分子的自由能下降更为显著，柔性高分子链的自由能变化正比于其接枝率。对于无扰体系下的高分子刷，其末端距与接枝率成正比。 针对接枝高分子对纳米粒子或胶体的分散作用，研究发现，在两接枝高分子刷的压缩过程中，高分子出现相互穿插与塌缩并存的现象，刚性高分子有着更高的穿插程度。可逆压缩过程中，刚性高分子更倾向于通过取向的改变来使接枝层厚度降低，以减少因链弯折产生的内能。高分子刷会在压缩过程中改变其整体的构型，即由刷结构变为盘状结构。提高接枝率有利于增加两接枝高分子刷相互挤压的自由能变化，使得分散体系更加稳定。当分散两胶体粒子所需的作用力不大时，接枝刚性链能使胶体粒子稳定在较远的间距。 针对支化高分子的接枝层，研究表明，柔性支化高分子均聚物主链的链段密度分布仅与支链的总链段数有关，主链随支链浓度的增加而伸展。当总链段数一定且主链长度相同时，线性高分子表现出较高的接枝率，其比接枝的支化高分子具有更大的分子伸展程度与更厚的接枝层。对于线性高分子的接枝层，提高链长比提高接枝率能得到更大的分子伸展程度与更厚的接枝层。
接枝高分子;SF-SCF理论;盘状结构;自由能变化;分散体系
武汉纺织大学
硕士
纺织材料与纺织品设计
王罗新
2014
中文
O631.12
2020-03-26（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）