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高分子聚集和解聚的研究

程贺  
【摘要】:高分子溶液、分散液中粒子聚集的研究吸引了科学家们广泛的关注。这一方面是由于聚集在实际中有着重要的应用,例如,胶体科学中胶体稳定性的研究,冶金学中相分离的研究,以及生物学中肿瘤生长的研究,另一方面是由于我们对聚集知识的了解还相当贫乏,无法详尽地解释聚集现象。 基本上说,在无法相互贯穿的粒子的聚集体系中(高分子微凝胶、无机硅或金粒子)存在着两种基本聚集方式,扩散控制的颗粒聚集(Diffusion Limited ClusterAggregation,DLCA)和反应控制的颗粒聚集(Reaction Limited Cluster Aggregation,RLCA)。 本文通过观察窄分布的球形N—乙烯基己内酰胺与丙烯酸钠(PVCI-co-PSA)无规共聚物微凝胶在钙离子存在下的聚集,研究了高于其最低临界分散温度(LowerCritical Dispersion Temperature,LCDT)的可逆的聚集过程。我们发现,当聚集机理是可逆的扩散控制聚集时,其动力学是由一个2阶的聚集过程和一个1阶的解聚过程控制的。聚集和解聚过程的速率强烈受温度、离子浓度影响。这两个过程的速率比值最终趋近于1,表明这两个相反的过程是动态平衡的。 与此同时,我们研究了扩散控制和反应控制聚集的中间过程。我们发现升高温度和增加钙离子浓度均能加快聚集的速率,进而促使扩散控制聚集的发生。 对于高分子单链的聚集而言,当链贯穿的时间尺度远小于链碰撞的时间尺度时,链在聚集时就会相互缠结形成球形的聚集体。如果同时存在着类似于氢健之类特殊的链内或者链间的相互作用,在聚集体解聚的过程中就会出现滞后的现象。 通过动态光散射和静态光散射联用(LLS),我们观测了窄分布的聚异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)链在水中的聚集和解聚行为。我们发现本文所研究的分子参数的温度依赖性关系,无论是流体力学半径(R_h),均方旋转半径(R_g),还是表观分子


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