Løsning af spændinger på overfladen af ​​polymerblandinger

Bedre end at lege med lego, at smide polymerkæder af forskellig længde ind i en blanding kan give overraskende resultater. I en ny undersøgelse offentliggjort i EPJ E , fysikere fokuserer på, hvordan en blanding af kemisk identiske kæder i en smelte producerer unikke effekter på deres overflade. Det er på grund af den måde korte og lange polymerkæder interagerer med hinanden. I den slags smelter, polymer kædeender har, over tid, en præference for overfladen.

Nu, Pendar Mahmoudi og Mark Matsen fra University of Waterloo, Ontario, Canada, har undersøgt virkningerne af at berige langkædede polymersmelter med kortkædede polymerer. De udførte numeriske simuleringer for at forklare den nedsatte spænding på overfladen af ​​smelten, på grund af korte kæder, der adskiller sig ved overfladen over tid, efterhånden som uorden vokser i smelten. De fandt en elegant formel til at beregne overfladespændingen af ​​sådanne smelter, forbundet med den relative vægt af deres komponenter.

I dette studie, forfatterne modellerer individuelle polymerer som en perlefjedermodel, der forbinder en række monomerer forbundet med frit sammenføjede bindinger. De bruger så en teori, kaldet self-consistent field theory (SCFT), hvilket hjælper med at modellere, hvad der sker på overfladen af ​​polymersmelten. De modellerer også den overskydende koncentration af korte polymerer kombineret med virkningen på overfladespændingen i form af uordensenergi. De finder, at der er universelle afhængigheder af polymerers molekylvægtsfordeling.

Forfatterne sammenligner derefter deres simulering med tilnærmede ligninger. De trækker en simpel matematisk formel, der beskriver grænsefladespændingen mellem ikke-blandbare kort- og langkædede polymerer som funktion af molekylvægten af ​​polymererne i blandingen. Hvad er mere, de finder, at molekylvægten også påvirker niveauet af segregation mellem kort- og langkædede polymerer.