Теория неоднородных полиэлектролитных гелей и адсорбционных слоев полиэлектролитов

• Автор: Зельдович, Константин Борисович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 93 с. : ил

Содержание
Введение
1 Обзор литературы
1.1 Полиэлектролиты в растворе
1.1.1 Отдельная полиэлектролитная цепь
1.1.2 Полуразбавленный раствор полиэлектролита . .
1.2 Полиэлектролитные гели
1.3 Адсорбция полиэлектролитов. Образование мультислоев
1.3.1 Сборка мультислоев
1.3.2 Теоретические подходы
2 Микрофазное расслоение в полиэлектролитных гелях в плохом растворителе
2.1 Введение
2.2 Описание модели
2.3 Выражение для свободной энергии
2.4 Общий подход к изучению стабильности неоднородного геля
2.5 Свободная энергия различных состояний геля
2.6 Микрофазное расслоение и многоступенчатый коллапс геля
3 Набухание неоднородных полиэлектролитных гелей
3.1 Введение. Экспериментальные результаты
3.2 Модель неоднородного геля
3.3 Свободная энергия
3.4 Набухание неоднородного геля
3.5 Сравнение неоднородного и однородного гелей
4 Адсорбция полиэлектролитов на заряженной поверхности. Образование мультислоев
4.1 Качественное объяснение эффекта
4.2 Модель и основные уравнения
4.3 Профиль концентрации полимера
4.4 Заряд поверхности
Заключение. Основные результаты и выводы
Благодарности
Список литературы

Введение
Полиэлектролиты — полимеры с диссоциирующими в растворе ионсодержащими группами — вызывают в настоящее время значительный практический и фундаментальный интерес.
Наличие диссоциирующих групп в составе полимерной цепи, конкуренция дальнодействующих электростатических взаимодействий и короткодействующих взаимодействий ван дер Ваальса приводят к удивительно широкому диапазону свойств таких полимеров, в частности, к способности полиэлектролитов к самосборке и формированию упорядоченных пространственных структур. Свойства таких важнейших биологических молекул, как ДНК, РНК, и практически всех белков в клетке во многом определяются тем, что эти биополимеры являются полиэлектролитами или полиамфолитами.
Полиэлектролиты широко используются в промышленных процессах для стабилизации коллоидных суспензий и водных эмульсий, при очистке воды, в большинстве технологий современной пищевой промышленности. Полиэлектролитные гели — сетки из ковалентно сшитых цепей полиэлектролита — обладают рядом уникальных свойств, в частности, способностью абсорбировать значительное количество жидкости, а также высокой чувствительностью свойств геля к факторам внешней среды, таким как температура, pH, и наличие солей в растворе. Эти свойства гелей широко используются в медицине и при создании современных функциональных материалов.
Сравнительно недавно был разработан способ получения мультислоев полиэлектролитов путем чередующейся адсорбции положительно и отрицательно заряженных полимеров па заряженной поверхности. Этот метод позволяет создавать стабильные упорядоченные пленки, состоящие из десятков и сотен слоев различных заряженных мо-

Рис. 9: Связность полимерной сетки ограничивает подвижность цепей. ” Поляризационный” вклад в свободную энергию.
щие ее цепи не имеют трансляционной энтропии и не могут переме-щаться на расстояние, большее, чем характерный размер ячейки сетки, в то время как в растворе полимерные цепи являются свободными. Учет этой связности представляет важную задачу, которая может быть решена различными способами и с использованием различных исходных предположений. В настоящей работе будет использован результат де Жена [57].
Рассмотрим сополимерный гель из равного количества цепей одинаковой длины, состоящих из звеньев типов А и В. Условие несжимаемости позволяет записать концентрации звеньев типа А и В в виде
Фа{г) = Щ + р[г)) ,21,
Фв{г) = |(1 - р{г))-В такой записи можно усмотреть аналогию с диэлектриком, в котором имеет место электронейтральность (средняя концентрация звеньев А равна средней концентрации звеньев В), но локальные смещения зарядов (звеньев) друг относительно друга приводят к появлению в эле-