高分子鏈纏結(jié)是高分子熔體的重要特征,對其粘彈性具有很大影響,長期以來,對高分子鏈纏結(jié)的研究一直是高分子物理的熱點。對于典型的柔性線型高分子(如聚氧乙烯,PEO)來說,經(jīng)典高分子理論認為鏈纏結(jié)均勻分布于熔體中,均一分布的鏈纏結(jié)及與其相關(guān)的纏結(jié)密度是材料熔體粘彈性來源的分子機制。近期,華東師范大學姚葉鋒團隊與南京大學王曉亮團隊對PEO熔體中鏈纏結(jié)特征提出了新的見解。研究人員對一系列單分散PEO(分子量Mw范圍涵蓋2k到480k,所有樣品分子量分散度小于1.2)樣品進行了研究。通過對纏結(jié)網(wǎng)絡(luò)敏感的1H雙量子固體核磁共振技術(shù)并結(jié)合流變學表征,研究人員發(fā)現(xiàn)在傳統(tǒng)理論認為性質(zhì)均一的PEO熔體中鏈纏結(jié)存在顯著的不均一性(圖1)。
圖1. a) PEO熔體的1H 雙量子核磁實驗曲線;b) 基于圖a中1H 雙量子核磁實驗曲線獲得的熔體中1H-1H殘余偶極相互作用分布圖;c) 應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng)曲線(Wi=0.5); d) 應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng)曲線 (Wi=2)。樣品:PEO480,分子量480k的單分散PEO;PEO480/PEO2,PEO480與單分散PEO2(Mw = 2k)的混合物; PEO480/PEO6, PEO480與單分散PEO6(Mw = 6k)。
研究還發(fā)現(xiàn),PEO熔體中存在的低分子量PEO對熔體纏結(jié)網(wǎng)絡(luò)具有復(fù)雜和重要的影響。實驗結(jié)果表明,低分子量PEO對熔體纏結(jié)網(wǎng)絡(luò)的影響不僅來源于材料中的端基,而且與低分子量PEO的大小也密切相關(guān)。當?shù)头肿恿?/span>PEO的大小接近于纏結(jié)分子量(Me)時,其對熔體中纏結(jié)網(wǎng)絡(luò)的影響效果最強(圖2)。
圖2. a) PEO熔體和固體狀態(tài)下典型靜態(tài)1H核磁譜圖;b) 1H-1H殘余偶極相互作用Dres和分子鏈有序度Sb;c) PEO熔體的1H 雙量子核磁實驗曲線;d) 基于圖c中1H 雙量子核磁實驗曲線獲得的熔體中1H-1H殘余偶極相互作用分布圖。樣品:分子量480k的單分散PEO中加入不同分子量的單分散PEO。
上述工作展示了高分子熔體中鏈纏結(jié)存在形式和形成機制的一種全新認識,有望對現(xiàn)有高分子纏結(jié)理論形成有益補充和完善。目前該工作以“Unexpected Role of Short Chains in Entangled Polymer networks”為題發(fā)表在《ACS Macro Letters》上(ACS Macro Letters, 2022,11,669-674)。更多關(guān)于PEO熔體纏結(jié)網(wǎng)絡(luò)不均一性的研究工作可參見(Dynamic heterogeneity in homogeneous polymer melts, Soft Matter, 2021,17: 6081-6087)。上述工作得到了國家自然科學基金和華東師范大學幸福之花基金的支持。
原文鏈接:https://doi.org/10.1021/acsmacrolett.2c00179
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