Механические свойства полиэлектролитных микрокапсул

• Автор: Люлевич, Валентин Валерьевич
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 135 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. Обзор литературы

1.1 Полиэлектролитные мультислои

1.1.1 Принцип послойной адсорбции ЬЬЬ

1.1.2 Структура и свойства полиэлектролитных слоев

1.2 Полиэлектролитные оболочки микрокапсулы

1.2.1 Микрокапсулы и их приготовление

1.2.2 Диффузионные свойства полиэлектролитных микрокапсул. Капсулирование

1.2.3 Механические свойства полиэлектролитных капсул

1.3 Механическое поведение полиэлектролитных комплексов

1.4 Изучение механических свойств микрообъектов
1.5 Выводы по главе 1
2. Экспериментальные методы и материалы
2.1 Аппарат для изучения механических характеристик полиэлектролитных микрокапсул
2.1.1 Атомносиловой микроскоп
2.1.2 Конфокальный микроскоп
2.1.3 Схема установки и методика проведения эксперимента
2.2 Подготовка к эксперименту и обработка данных
2.2.1 Прикрепление микросферы к каитилеверу
2.2.2 Кантилеверы и их калибровка
2.2.3 Определение концентрации полимера внутри капсулы
2.2.4 Силовая кривая
2.2.5 Измерение осмотического давления раствора полиэлектролита
2.2.6 Вспомогательные методы
2.3 Создание полиэлектролитных микрокапсул
2.3.1 Использованные материалы
2.3.2 Приготовление полиэлектролитных
оболочек
2.3.3 Приготовление заполненных полиэлектролитных микрокапсул с помощью контролируемой диффузии
2.3.4 Приготовление заполненных полиэлектролитных микрокапсул методом растворения комплекса
2.4 Выводы по главе 2
3. Свойства полиэлектролитных оболочек
3.1 Проницаемость полиэлектролитной оболочки
3.1.1 Зависимость проницаемости оболочки от типа растворителя
3.1.2 Влияние ацетона на свойства полиэлектролитной оболочки
3.2 Модуль Юнга полиэлектролитной оболочки
3.2.1 Сжатие капсулы и типичные участки деформирования
3.2.2 Поток жидкости сквозь полиэлектролитную оболочку
3.2.3 Модель рассчета модуля Юнга из эксперимента
по сжатию микрокапсулы
3.2.4 Экспериментальные наблюдения
3.3 Влияние электростатических сил на механические свойства полиэлектролитной оболочки
3.3.1 Зависимость жесткости капсулы от
3.3.2 Роль соли
3.4 Температурное поведение полиэлектролитных
капсул
3.5 Зависимость жесткости полиэлектролитных капсул
от молекулярного веса полимера
3.6 Выводы по главе 3
4. Свойства наполненных электролитных капсул
4.1 Свойсва капсул, заполненных с помощью метода растворения комплекса
4.1.1 Капсулы, созданные на основе
меламинформальдегидных ядер
4.1.2 Капсулы, созданные на основе ядер МпСоЗ
4.1.3 Экспериментальные подтверждения образования физического геля внутри заполненной микрокапсулы
4.2 Свойсва капсул, заполненных с помощью контролируемой диффузии
4.2.1 Капсулы, заполненные нейтральным полимером
4.2.2 Капсулы, заполненные заряженным полимером
4.3 Выводы по главе 4
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БЛАГОДАРНОСТИ
Список использованных источников


Целью настоящей работы является количественное исследование закономерностей механического поведения мультислойных полиэлектролитиых капсул. Поставленные цели и сформулированные задачи исследования решаются в диссертационной работе с использованием атомносиловой, конфокальной и электронной микроскопий, рамановской спектроскопии и математического аппарата теории упругости. Во втором режиме обратимость лишь частичная, сила деформации постоянна или слабо увеличивается, начинается пластическая деформация оболочки, образование локальных разрывов через которые происходит сильное вытекание жидкости. Это механическая прочность оболочки и ее проницаемость для внутреннего раствора. В случае заполненных капсул к этим факторам добавляются свойства заполняющего вещества см. Механические свойства такой структуры в основном идентичны сшитым резинам эластомерам. Значение модуля Юнга лежит в пределе 1ШОМПа для различных пар полиэлектролитов и условий их обработки. При этом уменьшение диссоциации полиэлектролитов сильно и экранирование их зарядами слабо уменьшает это значение. Разработанная методика может быть использована при изучении свойств уже созданных пленок и капсул, а также для конструирования новых объектов с заданными механикодиффузионными свойствами. Результаты работы могут быть также применены в физике полимеров, биофизике и медицине. Работа выполнена при финансовой поддержке Ii x i общество Макса Планка, Германия. Полиэлектролитные комплексы, представляющие собой продукты взаимодействия противоположно заряженных полиэлектролитов, являются структурами, интенсивно изучавшимися на протяжении последних лет 1. В частности, большой вклад в изучение их структуры и свойств был сделан учеными из школы акад. В. А. Кабанова. Дальнейшее исследование полиэлектролитных комплексов и методов их организации привело к созданию полиэлектролитных мультислойных пленок и, затем, полиэлектролитных микрокапсул . В данном литературном обзоре описаны известные свойства и экспериментальные данные о полиэлектролитных мультислойных структурах. Полиэлектролитные мультислои 1. Впервые послойная адсобция полимеров была предложена еще в году Ил лером 2 и позднее развита Малоуком 3. Однако настоящий переворот в создании тонких пленок методом последовательной адсорбции произошел после года, когда Геро Дехер 46 предложил для формирования тонких слоев использовать противоположно заряженные полиэлектролиты. В литературе данная методика получила название i электростатическая послойная самоорганизация или сокращенно . Схема процесса представлена на рис. Заряженная на рисунке отрицательно подложка помещается в раствор поликатиона 1. В течении некоторого времени обычно 3 минут тонкий слой полиэлектролита адсобируется на подложку 2. Подложка удаляется из раствора поликатиона, остатки полимера отмываются, и она помещается в раствор полианиона 3. На ставшую теперь положительно заряженной поверхность изза электростатического притяжения адсорбируется уже слой полианиона 4. Повторяя данную последовательность необходимое число раз, получают подложку с нанесенной на нее полиэлектролитной мультислой ной пленкой 5. Важным фактором для получения такой мультислойной структуры является поддержание раствора, при котором диссоциирует большая часть заряженных групп полиэлектролита. Однако кулоновское притяжение не является единственной силой, играющей заметную роль в адсорбции слоев. Так, например, известны мультислойные структуры, стабилизированные водородными связями 7, 8. В данный момент изучено достаточно большое количество стабильных ЬЬЬ структур для не менее чем полимеров 9. Универсальный характер метода приготовления мультислойной структуры практически не наносит ограничений на тип используемых для ее сборки объектов. Рисунок 1. Схема создания тонкой пленки методом 1. ЬЬ из противоположно заряженных полиэлектролитов. Пояснения в тексте. Рисунок 1. Ретнгеновская рефлектогралша для структуры с различным числом слоев слева. Справа полученная из анализа этой рефлектогралты толщина теки как функция числа нанесенных слоев. Показано несколько кривых для разных концентраций соли в растворе 1.