接枝型聚两性电解质的构象性质研究

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由于正负电荷间的静电吸引,同时具有相反电荷的聚两性电解质分子链随电荷间静电作用强度的改变会发生伸展-塌缩的构象转变。区别于广泛研究的线型聚两性电解质,主链、支链分别带有相反电荷的接枝型聚两性电解质因存在支链间的空间排斥与静电排斥,并与主链及支链间静电吸引相互竞争,而使得其分子链构象转变与前者不同。本论文采用布朗动力学模拟方法,探索了溶剂质量、离子强度及接枝密度对接枝型聚两性电解质单链构象转变性质的影响。  研究发现当体系的溶剂质量适当时,与嵌段聚两性电解质类似,随着体系静电相互作用的增加,接枝型聚两性电解质可以发生构象转变。根据构象随静电相互作用大小的变化可将接枝型聚两性电解质链的整个构象划分成不同的区域。分别为Coil区域、Overlapping区域、Collapsing区域和Charge Paring区域。当体系中的溶剂为劣溶剂时,由于链段溶解性差,接枝型聚两性电解质为塌缩链构象不能发生构象转变。特殊的尺寸反弹现象会出现在不良溶剂和良溶剂的条件下。改善体系的溶剂质量将促进链段溶解,阻碍接枝型聚两性电解质链塌缩。  盐离子的加入会改变溶液的离子强度,对链上电荷产生屏蔽作用,进而影响聚两性电解质的分子链构象。θ溶剂中,当体系中静电相互作用较弱时,盐离子的加入对接枝型聚两性电解质链的构象影响较小。增大体系中静电相互作用,盐离子的屏蔽作用逐渐明显。减小盐离子浓度,将有利于接枝型聚两性电解质塌缩,且盐离子浓度越低分子链塌缩体积越小。对盐离子价态的研究表明接枝型聚两性电解质的临界塌缩静电强度并不随盐离子价态的增加单调增加,在相同盐离子浓度下加入±1价盐离子体系中的链在较低的静电相互作用强度下塌缩,其次是±4价盐离子体系,最后是±2价盐离子体系。  根据接枝密度γ将接枝型聚两性电解质聚两性电解质分为密接枝(γ>1)和疏接枝(γ<1)两类。研究发现在θ溶剂下无论密接枝型还是疏接枝型聚两性电解质链都会随体系的静电相互作用增加而发生构象转变。对密接枝聚两性电解质链而言,增大接枝密度和减小主链的电荷分布都将不利于其链塌缩。增大主链单元数,并不一定会促进或阻碍密接枝聚两性电解质链塌缩,这将取决于此时主链与支链的相对长短。主链相对较长则促进密接枝链塌缩,反之将阻碍其塌缩。对疏接枝聚两性电解质链而言,增大接枝密度同样不利于其链塌缩。另外由于疏接枝聚两性电解质链支链较短,其构象主要取决于其主链。
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