聚环氧乙烷在水和叔丁醇溶液中分子构型变化的研究
发布时间：2021-11-27 17:50
在聚合物溶液中,聚合物单体和溶剂分子之间的相互作用会影响聚合物高分子的尺寸和结构。本文使用动态光散射实验系统研究了聚环氧乙烷在水+TBA二元混合溶液中的分子尺寸变化,实验结果表明聚环氧乙烷分子会呈现出收缩-膨胀的奇异性构型变化。本文也系统分析了产生该现象的原因,依次分析了在二元混合溶液中可能对聚合物分子尺寸产生影响三个原因:溶剂非理想性影响（Shultz-Flory理论）、临界涨落影响以及水+醇溶液所呈现出来的奇异性性质。结合这三个因素,本文较好地解释了实验所观测到的奇异现象。
【文章来源】：工程热物理学报. 2020,41(01)北大核心EICSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
图２激光散射聚合物溶液扩散系数测量光电系统??Ｆｉｇ．?２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ?ｏｐｔｉｃａｌ?ｓｅｔｕｐ??光器??
郑雄等：聚环氧乙烷在水和叔丁醇溶液中分子构型变化的研究??９??０．０?０．２?０．４?０．６?０．８?１．０??Ｍａｓｓ?ｆｒａｃｔｉｏｎ?ｃＴＢＡ??图３?ＰＥＯ在ＴＢＡ水溶液中的流体力学半径??Ｆｉｇ．?３?Ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ?ｒａｄｉｕｓ?ｏｆ?ＰＥＯ?ｉｎ?ＴＢＡ?ａｑｕｅｏｕｓ??ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ??３实验分析??在二元混合溶剂中，影响聚合物分子大小的因??素主要有三种：溶剂非理想性、临界涨落影响以及??１期??２实验结果??在动态光散射测量实验中，获取稳定可靠的散??射光信号是测量的关键．为了保证聚合物溶液样品??处于稀溶液区域又使得ＤＬＳ测量中的散射光信号??足够强，本文选用２００００?ｇ．ｍｏｌ－１分子质量和１％浓??度的聚环氧乙烷溶液进行研究，ＴＢＡ的浓度范围为??０？９０％。在ＰＥＯ＋水＋ＴＢＡ三元系统中，ＤＬＳ测??量会得到两个弛豫模式：水＋ＴＢＡ的浓度涨落以及??ＰＥＯ分子的布朗运动。图３展示了?ＤＬＳ测量得到??的ＴＢＡ浓度涨落和ＰＥＯ流体力学半径。??在文献中，Ｅｕｌｉｓｓ和Ｓｏｒｅｎｓｅｎ?Ｍ应用光散射法??对ＴＢＡ水溶液中的涨落进行了研究并发现了?ＴＢＡ??涨落的奇异性，他们将该奇异性归因于在高于沸点??或低于结晶温度区域ＴＢＡ水溶液可能存在虚拟临??界混溶温度，而该虚拟温度不能通过实验直接测到。??本文将测童得到的ＴＢＡ浓度涨落关联长度的实验??数据与Ｅｕｌｉｓｓ和Ｓｏｒｅｎｓｅｎ的文献数据进行比较，两??者吻合很好。??更重要的是，本测置结果显示ＰＥＯ在试剂中的??分子尺寸变化具有奇异性。从图３可以看出，随着??ＴＢＡ浓度增大，ＰＥＯ分子首先快速收缩，
１０?工程热物理学报?４１卷??图４水和ＴＢＡ溶液中在不同ＴＢＡ浓度下的相互作用系数??Ｆｉｇ．?４?Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ?ｐａｒａｍｅｔｅｒ?ｏｆ?ＴＢＡ?ａｎｄ?ｗａｔｅｒ?ｉｎ?ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ??在计算完相互作用系数后，将其代入式（５）。对??于Ｘ２３，我们取不同估值进行了计算。图５展示了??Ｘ２３不同取值时ＰＥＯ膨胀系数的计算结果。通过图??５可以看出，对于所有估值，ＰＥＯ分子膨胀系数均大??于１，且膨胀系数的最大值发生在ＴＢＡ浓度４５％左??右位置，这与本实验发现的ＰＥＯ在ＴＢＡ浓度４５％??左右位置膨胀至最大尺寸的结果吻合的很好。然而??计算结果表明溶剂非理想型只能引起聚合物分子的??溶胀而不能引起收缩，因此我们可以通过该理论解??释本实验所观测到的聚合物溶胀现象，即ＰＥ０分子??在高ＴＢＡ浓度下所呈现出的溶胀现象是由于ＴＢＡ??和水的非理想型引起的。??Ｍａｓｓ?ｆｒａｃｔｉｏｎ?ｃＴＢＡ??图５不同取值的Ｘ２３对ＰＥＯ膨胀系数ａ的影响??Ｆｉｇ．?５?Ｔｈｅ?ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ?ｂｅｔｗｅｅｎ?Ｘ２３?ａｎｄ?ａ??３．２临界涨落??在临界区域，由于临界涨落的存在，聚合物单??体之间由于选择吸附性作用会产生收缩现象，该现??象在文献中被理论预测到并被实验及数值模拟所证??实［１４］。在上文提到，ＴＢＡ水溶液可能存在一个虚??拟临界温度，而本实验也观测到了?ＴＢＡ的涨落，因??此本实验可能处于ＴＢＡ水溶液的亚临界区域。然??而关于临界涨落引起的聚合物收缩现象中，不论是??理论预测还是实验测量都表明，该收缩现象发生在??十分赁近临界点的区域。本实验的结果表明ＰＥＯ分??子在
【参考文献】：
期刊论文
[1]自发布里渊散射法异丙醚音速的实验测量[J]. 郑雄,张颖,王升,梁俐俐,何茂刚. 工程热物理学报. 2015(09)
本文编号：3522772
【文章来源】：工程热物理学报. 2020,41(01)北大核心EICSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
图２激光散射聚合物溶液扩散系数测量光电系统??Ｆｉｇ．?２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ?ｏｐｔｉｃａｌ?ｓｅｔｕｐ??光器??
郑雄等：聚环氧乙烷在水和叔丁醇溶液中分子构型变化的研究??９??０．０?０．２?０．４?０．６?０．８?１．０??Ｍａｓｓ?ｆｒａｃｔｉｏｎ?ｃＴＢＡ??图３?ＰＥＯ在ＴＢＡ水溶液中的流体力学半径??Ｆｉｇ．?３?Ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ?ｒａｄｉｕｓ?ｏｆ?ＰＥＯ?ｉｎ?ＴＢＡ?ａｑｕｅｏｕｓ??ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ??３实验分析??在二元混合溶剂中，影响聚合物分子大小的因??素主要有三种：溶剂非理想性、临界涨落影响以及??１期??２实验结果??在动态光散射测量实验中，获取稳定可靠的散??射光信号是测量的关键．为了保证聚合物溶液样品??处于稀溶液区域又使得ＤＬＳ测量中的散射光信号??足够强，本文选用２００００?ｇ．ｍｏｌ－１分子质量和１％浓??度的聚环氧乙烷溶液进行研究，ＴＢＡ的浓度范围为??０？９０％。在ＰＥＯ＋水＋ＴＢＡ三元系统中，ＤＬＳ测??量会得到两个弛豫模式：水＋ＴＢＡ的浓度涨落以及??ＰＥＯ分子的布朗运动。图３展示了?ＤＬＳ测量得到??的ＴＢＡ浓度涨落和ＰＥＯ流体力学半径。??在文献中，Ｅｕｌｉｓｓ和Ｓｏｒｅｎｓｅｎ?Ｍ应用光散射法??对ＴＢＡ水溶液中的涨落进行了研究并发现了?ＴＢＡ??涨落的奇异性，他们将该奇异性归因于在高于沸点??或低于结晶温度区域ＴＢＡ水溶液可能存在虚拟临??界混溶温度，而该虚拟温度不能通过实验直接测到。??本文将测童得到的ＴＢＡ浓度涨落关联长度的实验??数据与Ｅｕｌｉｓｓ和Ｓｏｒｅｎｓｅｎ的文献数据进行比较，两??者吻合很好。??更重要的是，本测置结果显示ＰＥＯ在试剂中的??分子尺寸变化具有奇异性。从图３可以看出，随着??ＴＢＡ浓度增大，ＰＥＯ分子首先快速收缩，
１０?工程热物理学报?４１卷??图４水和ＴＢＡ溶液中在不同ＴＢＡ浓度下的相互作用系数??Ｆｉｇ．?４?Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ?ｐａｒａｍｅｔｅｒ?ｏｆ?ＴＢＡ?ａｎｄ?ｗａｔｅｒ?ｉｎ?ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ??在计算完相互作用系数后，将其代入式（５）。对??于Ｘ２３，我们取不同估值进行了计算。图５展示了??Ｘ２３不同取值时ＰＥＯ膨胀系数的计算结果。通过图??５可以看出，对于所有估值，ＰＥＯ分子膨胀系数均大??于１，且膨胀系数的最大值发生在ＴＢＡ浓度４５％左??右位置，这与本实验发现的ＰＥＯ在ＴＢＡ浓度４５％??左右位置膨胀至最大尺寸的结果吻合的很好。然而??计算结果表明溶剂非理想型只能引起聚合物分子的??溶胀而不能引起收缩，因此我们可以通过该理论解??释本实验所观测到的聚合物溶胀现象，即ＰＥ０分子??在高ＴＢＡ浓度下所呈现出的溶胀现象是由于ＴＢＡ??和水的非理想型引起的。??Ｍａｓｓ?ｆｒａｃｔｉｏｎ?ｃＴＢＡ??图５不同取值的Ｘ２３对ＰＥＯ膨胀系数ａ的影响??Ｆｉｇ．?５?Ｔｈｅ?ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ?ｂｅｔｗｅｅｎ?Ｘ２３?ａｎｄ?ａ??３．２临界涨落??在临界区域，由于临界涨落的存在，聚合物单??体之间由于选择吸附性作用会产生收缩现象，该现??象在文献中被理论预测到并被实验及数值模拟所证??实［１４］。在上文提到，ＴＢＡ水溶液可能存在一个虚??拟临界温度，而本实验也观测到了?ＴＢＡ的涨落，因??此本实验可能处于ＴＢＡ水溶液的亚临界区域。然??而关于临界涨落引起的聚合物收缩现象中，不论是??理论预测还是实验测量都表明，该收缩现象发生在??十分赁近临界点的区域。本实验的结果表明ＰＥＯ分??子在
【参考文献】：
期刊论文
[1]自发布里渊散射法异丙醚音速的实验测量[J]. 郑雄,张颖,王升,梁俐俐,何茂刚. 工程热物理学报. 2015(09)
本文编号：3522772
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