Science in a Pig’s View

二月 23, 2007

Copolymer Sequence Distribution on the Miscibility of PEO/PS-co-PAA blends

类归于： Polymer Physics — DigitalPig @ 1:26 上午

Poly(etylene glycol)和Poly(acrylic acid)按照 L.H. Sperling的Polymeric Multicomponent Materials: An Introduction 里面的观点，是全部组成范围内可溶的。Polystyrene和PEO还有PAA都是不可溶的。所以有一种方法改性PS-PEO体系的溶混性就是通过copolymerize一个PAA链段到PS链上。这两篇文章可以和在一起看，前一篇是实验的结果，发现PAA 7mol%以后就出现可溶现象。后面一篇是对这个体系的理论计算，个人比较喜欢这种有实验有理论的paper.这样才是science. 简单的说来，就是仍旧使用Flory-Huggins方程，加上少许修改：

\frac{\Delta G}{RT} = \frac{\phi_{1}}{N_{1}}\ln{\phi_{1}}+ \frac{\phi_{2}}{N_{2}}\ln{\phi_{2}}+\phi_{1}\phi_{2}\chi_{tot}

溶度参数\chi_{tot}可以拆成composition的贡献和monomeric unit distribution的两部分的贡献：（简明起见，AA段就是a, Styrene段b, Etylene oxide段c.

\chi_{tot}=\chi_{comp}+\chi_{dist}=(f_{a}\bar{\chi_{ac}}+ f_{b}\bar{\chi_{bc}}-f_{a}f_{b}\bar{\chi_{ab}})+(\frac{f_{aa}^{2}}{f_{a}}\Delta \chi_{a}+\frac{f_{bb}^{2}}{f_{b}}\Delta \chi_{b})

其中\Delta \chi_{a} = \chi_{aaa:c}-\bar{\chi_{ac}} 其他几个也同理。sequence distribution带来的贡献， 就在这项中体现。

具体的模拟方法我没有详细去检验，先验证了Force Field，然后用了Docking Method (懂得牛人可以说说这个到底是什么吧，粗粗看看好像就是mean field approximation。)

模拟的结果稍稍有点让人惊讶，结果是aaa段和c的作用力在一定温度范围内居然给copolymer的miscibility带来的是负面的效果。 因为AA和EO之间是有氢键的，很不可理解。作者对于这个的解释是AA在某种情况下倾向于自身形成complex compound,而不是和EO形成complex compound.

这篇文章的simulation让人的感觉还是有些不全的地方，因为稍微推导了一下，如果PAA-PS共聚物中间的PAA比率很高的话\chi_{tot} 几乎就等于\chi_{aaa:c}，但是这个时候必然是可溶的，但是好像按照文章的说法的话不能解释这种现象。而且现在ms比较流行SCF理论，不知道SCF计算对这个的结果是怎么样的。文章里面的理论解释block的话还有一定的欠缺。而且就Figure2来说，AA比率增大，\chi_{tot} 增大，这个似乎有点问题。

anyway, FYI. 有兴趣地同修可以阅读一下两篇原文。欢迎排砖，探讨~

1. Won Ho Jo and Sang Cheol Lee Macromolecules, 1990, 23. 2261

2. Kyoungsei Choi and Won Ho Jo Macromolecules, 1997, 30, 1509

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