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《多嵌段高分子的溶解性和分子形状的蒙特卡罗研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第5期高分子学报No.51999年10月ACTAPOLYMERICASINICAOct.,19993多嵌段高分子的溶解性和分子形状的蒙特卡罗研究33李霆杨小震(中国科学院化学研究所高分子物理开放实验室北京100080)摘要利用MonteCarlo方法模拟了两组分多嵌段高分子链在稀溶液中的行为,着重探讨了不同的嵌段长度对高分子性质的影响.研究中以自避的分子链为研究对象,分别考察了稀溶液中该分子链的溶解性、分子线团形状和嵌段单元的空间分布,与嵌段长度的关系.结果表明,在相同溶剂条件下,嵌段序列的长度对共聚高分子溶解性有较大影响,嵌段序列长度与溶
2、解性能具有非单调的变化规律.该分子链在溶剂中的形状同样受到嵌段序列长度的影响.嵌段间的相互作用能的差别越大,则高分子的溶解性和形状对嵌段长度的依赖性就越显著.关键词MonteCarlo,共聚高分子,多嵌段,非球因子,溶解性嵌段高分子在各个领域中有着重要的应用意义,所以吸引了许多人去研究它.除了实验方法以外,模型链的数值研究也是直接研究嵌段高分子的重要方法.嵌段高分子的分子链由许多相似的嵌段组成,链构象则是由不同嵌段间的相互作用能所决定的.所以我们可以在给定嵌段间相互作用能的条件下,以蒙特卡罗方法研究孤立的嵌段高分子链,从而获得有关两组分多嵌
3、段高分子在稀溶液中的性质.[1]早在1966年,Froehlich和Benoit就从事这方面的理论和实验工作.1976年[2]Tanaka利用蒙特卡罗方法研究对称的两嵌段高分子链,希望找到不同嵌段间相互作用能对链构象的影响.他发现了不同嵌段各自的均方回转半径与相应长度的均聚物是相同的,而且随着不同嵌段间相互作用能的增大分子链中两嵌段的均方质心距会变大,使得整个分子链的形状和各独立嵌段的形状都明显地显示出非球形对称.一年后,Tanaka又研[3]究了三嵌段BAB型嵌段高分子的构象性质,得出一个结论,嵌段高分子的尺寸随着嵌段数目的增多而变大,因
4、此两嵌段的高分子有最小的分子尺寸,无规的嵌段高分子尺寸最大.与此同时,Birshtein和同事们研究了自避链在各种溶剂条件下的链行为和嵌段特[4]性.他们进一步地研究了嵌段高分子在良溶剂、不良溶剂和选择性溶剂中的构象特征.发现在有利于非同嵌段接触的条件下,分子链尺寸明显减小,而各嵌段尺寸变化却不大.近年来仍有不少科学家把目光注意到嵌段高分子的性质上.Freire在1993年深入地[5,6]探讨了不同组成的两嵌段高分子的尺寸以及相图和微相分离的特点,分别探讨了非选择性和选择性溶剂中嵌段高分子的性质.其中,在研究嵌段高分子时,嵌段间的相互作用能
5、对分子链的性质影响很大,这是为众多研究者所认同的.在嵌段高分子的MC模拟方[7]面,Zifferer也做了不少出色的工作.他分别对两嵌段,三嵌段和无规的嵌段高分子进行31998207227收稿,1998212215修稿;国家自然科学基金(基金号29764038)和国家攀登计划自助项目;33通讯联系人581582高分子学报1999年了计算机模拟,在给定不同的嵌段间相互作用能的条件下得到了相互作用与分子尺寸、分子形状以及嵌段分子的局部特征等新的表征方法.然而在如此众多的研究中,却很少有研究嵌段长度和序列分布对嵌段高分子性质的影响.虽然早在197
6、5年Birshtein就提出嵌段高分子的性质,取决于嵌段的组成和序列分布,但绝大多数的研究都局限于研究固定嵌段长度和分布的做法.本文以不同的嵌段序列长度的高分子链为模型,着重探讨同等链长下,嵌段序列分布对高分子在稀溶液中的溶解性、分子形状以及嵌段单元空间分布特征的关系.研究结果发现链的形状和溶解特性呈现出特殊的规律.1模型嵌段高分子链在稀溶液中的溶解性和形状都取决于分子内嵌段间的相互作用.因此在蒙特卡罗模拟过程中最重要的就是确定相互作用能.由于嵌段高分子组成的单体不只一种,所以相互作用的确定也要比均聚物复杂.[8]嵌段分子链是在简单立方格子
7、中生成的自避行走链(SAW).由A和B两种嵌段组成,各占总链节数的50%.总链长为40个键长,当两嵌段间相距为一个格点时,认为它们形成一对紧邻接触,记一对相互作用能.嵌段高分子链按嵌段序列长度分为20、10、5、4、2、1,如图1,分别考察不同嵌段序列长度对高分子链的影响.Fig.1Amodelofmultiple2blockcopolymerchain嵌段序列长度为1的链,在立方格子中只有分属奇偶数的链节才可能成为紧邻接触对,由AB紧邻接触对决定分子能量.所以嵌段序列长度为40和1的链相当于均聚物.在模型的产生过程中,考虑了排除体积效应,
8、链内的交叠是不允许的,并且我们赋与每一对紧邻接触一个相互作用能εXY.这样两组成的嵌段高聚物要确定三种不同的能量.两种同体接触εAA和εBB,一种异体接触εAB.相互作用能εXY
