NIST:分支位置对梳状大分子稀溶液性质的重要性(2025) 32页

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The importance of branch placement on the
dilute solution properties of comb-like
macromolecules
Robert J. S. Ivancic,
,
Chase B. Thompson,
Devin A. Golla,
Bintou Koroma,
§
Jack F. Douglas,
Sara V. Orski,
and Debra J. Audus
Materials Science and Engineering Division, National Institute of Standards and
Technology, Gaithersburg, Maryland 20899, United States
Leidos Inc., 1750 Presidents Street, Reston, Virginia 20190, United States
Department of Chemical and Biomolecular Engineering, University of Pennsylvania,
Philadelphia, Pennsylvania 19104, United States
§Fischell Department of Bioengineering, University of Maryland, College Park, Maryland
20742, United States
E-mail: robert.ivancic@nist.gov
Abstract
Branch density and length substantially impact the properties of comb-like poly-
mers. Scientists often use the dilute solution properties of these materials to quantify
their architecture. As branch spacing decreases and branch length increases at a fixed
molecular mass, dilute solution properties such as the radius of gyration, intrinsic vis-
cosity, and hydrodynamic radius typically decrease because the length of the backbone
decreases. However, this decrease is only partially driven by this change in backbone
length, even for relatively short branches. While many models focus on predicting the
1
资源描述:

“Branch density and length substantially impact the properties of comb-like polymers.”,梳状聚合物的支链密度和长度对其性能有显著影响。科学家常用这些材料的稀溶液性质来量化其结构。本文通过分子动力学模拟,研究了支链分布对粗粒化线性低密度聚乙烯(LLDPE)稀溶液性质的影响。结果表明,支链分布的变化会导致稀溶液性质的显著变化,这为理解梳状聚合物的结构与性能关系提供了重要的见解。 1. **研究背景**:梳状聚合物在多个领域有广泛应用,其结构与性能关系复杂。通过研究稀溶液性质可深入了解其结构,但现有模型多假设支链间距固定,与实际情况不符。 2. **实验方法**:用粗粒化分子动力学模型研究LLDPE在不同支链间距分布下的稀溶液性质,通过不同方式放置支链获得固定、统计和双嵌段分布,用LAMMPS代码模拟,用ZENO代码计算特性粘度和流体力学半径。 3. **理论模型** - **固定支链间距**:总结之前关于固定支链间距LLDPE的理论,考虑支链与主链、支链与支链间的排除体积效应,得到回转半径等性质的表达式。 - **统计支链间距**:将固定支链间距理论应用于统计支链间距的聚合物,确定支链数和间距的分布,进而计算稀溶液性质。 - **双嵌段支链间距**:双嵌段线性 - 梳状聚合物有两个不同的持久长度,需特殊处理,Douglas和Freed用重整化群理论估计了回转半径的自回避极限。 4. **结果与讨论** - **收缩因子比较**:模拟与实验的特性粘度缩放相似,收缩因子随支链分数增加而减小,固定支链间距的收缩因子较小,双嵌段的回转半径收缩因子呈S形曲线。 - **稀溶液性质与持久长度关系**:通过公式表明固定和统计支链间距分布的收缩因子与大分子的持久长度有关,证明了持久长度与回转半径等性质的一一对应关系。 5. **研究结论**:研究了支链间距分布对梳状聚合物稀溶液性质的影响,模拟与实验结果匹配,扩展了理论框架,为改进结构 - 性能关系和深入理解链结构提供了见解,同时指出评估稀溶液性质缩放时需谨慎考虑支链间距分布,研究存在一些不足,需进一步研究更长支链和其他支链间距分布情况。

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