Конформация макромолекул на границе раздела с твердым телом

Конформационные характеристики макромолекул, находящихся на границе раздела фаз, являются важным фактором, определяющим структуру и свойства поверхностных слоев полимера, адгезионные явления, а также его релаксационные свойства.

Общее заключение о конформации цепей макромолекул полимера на границе раздела фаз складывается на основании упрощенной модели, в которой есть допущения:

1) постоянство плотности в зазоре между макромолекулами;

2) неучет изменений конформаций вследствие взаимодействия с поверхностью;

3) зависимость конформационных состояний только от энтропийных эффектов.

Общее заключение о конформации цепей полимеров.

1. В граничном слое толщиной (d) d = 2Р₀ (Р₀ – радиус инерции гауссовой цепи) макромолекулярные клубки оказываются смещенными и обладают анизотропией, обусловленной наличием поверхности раздела фаз.

2. Количество контактов цепи полимера с поверхностью зависит от ее удаления от поверхности. Средняя протяженность участков макромолекул полимера, связанных с поверхностью, не зависит от числа звеньев в цепи и составляет величину порядка нескольких звеньев, а в среднем 50% звеньев макромолекул полимера находится на значительном расстоянии от поверхности. При этом толщина пограничного слоя (d = 2Р₀) сопоставима с размерами цепи в блоке и растет пропорционально массе М^0,5, составляя для гибкоцепных макромолекул величину примерно сотни Å.

3. Основной вклад в изменение структуры межфазного слоя вносят конформационные ограничения, накладываемые границей раздела фаз.

Для моделирования микроскопической структуры и термодинамических свойств объема полимера, находящегося вблизи границы раздела с твердым телом, разработана решетчатая модель, основанная на подходах теории растворов. Принимается, что в граничном слое осуществляется различная ориентация связей цепей, которая отклоняется от изотропной в близкой области, прилегающей к границе раздела (~ 6 рядов решетки и » 25Å) и чередуется от слоя к слою от параллельной к перпендикулярной границе. При таких условиях форма полимерной цепи вблизи границы раздела становится плоской, а на определенном расстоянии от поверхности цепь имеет невозмущенные размеры.

Таким образом, - конформации цепей полимера у границы раздела фаз отличаются от конформаций их цепей в объеме полимера. Это приводит к неоднородности свойств полимера вблизи границы раздела фаз. На самой границе раздела фаз структура полимера в основном определяется:

– химической природой полимера - гибкостью цепей;

– энергией взаимодействия сегмента полимера с поверхностью.