Динамические поверхностные свойства сополимеров стирола и гидрофобизированного 4-винилбензилхлорида на границе воздух-вода

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Определены кинетические зависимости поверхностного натяжения, дилатационной динамической поверхностной упругости и эллипсометрических углов растворов сополимеров стирола и 4-винилбензилхлорида, модифицированного N,N-диметилдодециламином, а также микроморфология адсорбционных и нанесенных слоев данных полиэлектролитов. Все кинетические зависимости динамической поверхностной упругости оказались монотонными, в отличие от результатов для ранее исследованных растворов полиэлектролитов, не содержащих полистирольных фрагментов. Особенности поверхностных свойств исследованных растворов могут быть связаны с образованием микроагрегатов в поверхностном слое, препятствующих формированию петель и хвостов полимерных цепей у межфазной границы, и, следовательно, уменьшению поверхностной упругости после локального максимума. На возникновение агрегатов с размерами 1–4 нм в Z-направлении в поверхностном слое указывают также данные атомно-силовой микроскопии. Полученные результаты подтверждают сделанные ранее выводы об образовании агрегатов в поверхностном слое растворов полиэлектролитов, содержащих фрагменты полистиролсульфоната натрия (ПСС). Для нанесенных слоев исследованного полиэлектролита без мономеров стирола на водной подложке обнаружен двумерный фазовый переход к более плотной поверхностной фазе при поверхностных давлениях 25–30 мН/м и образование агрегатов с размером 40 нм в Z-направлении.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. Д. Хребина

Санкт-Петербургский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: st076362@student.spbu.ru
Россия, Санкт-Петербург

П. С. Власов

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: st076362@student.spbu.ru
Россия, Санкт-Петербург

И. М. Зорин

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: st076362@student.spbu.ru
Россия, Санкт-Петербург

А. А. Лезов

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: st076362@student.spbu.ru
Россия, Санкт-Петербург

А. Р. Рафикова

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: st076362@student.spbu.ru
Россия, Санкт-Петербург

П. С. Челушкин

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: st076362@student.spbu.ru
Россия, Санкт-Петербург

Б. А. Носков

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: st076362@student.spbu.ru
Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Ishimuro Y., Ueberreiter K. The surface tension of poly(acrylic acid) in aqueous solution // Colloid Polym Sci. 1980. Vol. 258, № 8. P. 928–931. https://doi.org/10.1007/BF01584922
  2. Yim H., Kent M., Matheson A., Ivkov R., Satija S., Majewski J., Smith G.S. Adsorption of poly(styrenesulfonate) to the air surface of water by neutron reflectivity // Macromolecules. 2000. Vol. 33, № 16. P. 6126–6133. https://doi.org/10.1021/ma000266q
  3. Yim H., Kent M.S., Matheson A., Stevens M.J., Ivkov R., Satija S., Majewski J., Smith G.S. Adsorption of sodium poly(styrenesulfonate) to the air surface of water by neutron and x-ray reflectivity and surface tension measurements: polymer concentration dependence // Macromolecules. 2002. Vol. 35, № 26. P. 9737–9747. https://doi.org/10.1021/ma0200468
  4. Owiwe M.T., Ayyad A.H., Takrori F.M. Surface tension of the oppositely charged sodium poly(styrene sulfonate)/benzyldimethylhexadecylammonium chloride and sodium poly(styrene sulfonate)/polyallylamine hydrochloride mixtures // Colloid Polym Sci. 2020. Vol. 298, № 9. P. 1197–1204. https://doi.org/10.1007/s00396-020-04692-7
  5. Dickhaus B.N., Priefer R. Determination of polyelectrolyte pKa values using surface-to-air tension measurements // Colloids Surf A: Physicochem Eng Asp. 2016. Vol. 488. P. 15–19. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2015.10.015
  6. Okubo T., Kobayashi K. Surface tension of biological polyelectrolyte solutions // J Colloid Interface Sci. 1998. Vol. 205, № 2. P. 433–442. https://doi.org/10.1006/jcis.1998.5632
  7. Ríos H.E., González-Navarrete J., Vargas V., Urzúa M.D. Surface properties of cationic polyelectrolytes hydrophobically modified // Colloids Surf A: Physicochem Eng Asp. 2011. Vol. 384, № 1–3. P. 262–267. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2011.03.063
  8. Millet F., Nedyalkov M., Renard B., Perrin P., Lafuma F., Benattar J.-J. Adsorption of hydrophobically modified poly(acrylic acid) sodium salt at the air/water interface by combined surface tension and x-ray reflectivity measurements // Langmuir. 1999. Vol. 15, № 6. P. 2112–2119. https://doi.org/10.1021/la981481r
  9. Théodoly O., Ober R., Williams C.E. Adsorption of hydrophobic polyelectrolytes at the air/water interface: Conformational effect and history dependence // The European Physical Journal E. 2001. Vol. 5, № 1. P. 51–58. https://doi.org/10.1007/s101890170086
  10. Noskov B.A., Bilibin A.Y., Lezov A. V., Loglio G., Filippov S.K., Zorin I.M., Miller R. Dynamic surface elasticity of polyelectrolyte solutions // Colloids Surf A: Physicochem Eng Asp. 2007. Vol. 298, № 1–2. P. 115–122. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2006.12.003
  11. Noskov B.A., Nuzhnov S.N., Loglio G., Miller R. Dynamic surface properties of sodium poly(styrenesulfonate) solutions // Macromolecules. 2004. Vol. 37, № 7. P. 2519–2526. https://doi.org/10.1021/ma030319e
  12. Laschewsky A. Molecular concepts, self-organisation and properties of polysoaps // Polysoaps/Stabilizers/Nitrogen-15 NMR. Berlin/Heidelberg: Springer-Verlag, 1995. P. 1–86. https://doi.org/10.1007/BFb0025228
  13. Summers M., Eastoe J., Davis S., Du Z., Richardson R.M., Heenan R.K., Steytler D., Grillo I. Polymerization of cationic surfactant phases // Langmuir. 2001. Vol. 17, № 17. P. 5388–5397. https://doi.org/10.1021/la010541h
  14. Summers M., Eastoe J., Richardson R.M. Concentrated polymerized cationic surfactant phases // Langmuir. 2003. Vol. 19, № 16. P. 6357–6362. https://doi.org/10.1021/la034184h
  15. Moussa W., Colombani O., Benyahia L., Nicolai T., Chassenieux C. Structure of a self-assembled network made of polymeric worm-like micelles // Polymer Bulletin. 2016. Vol. 73, № 10. P. 2689–2705. https://doi.org/10.1007/s00289-016-1615-5
  16. Moussa W. Self-assembly of comb-like amphiphilic copolymers in aqueous solution // Polymer Bulletin. 2017. Vol. 74, № 4. P. 1405–1419. https://doi.org/10.1007/s00289-017-1910-9
  17. Talantikite M., Aoudia K., Benyahia L., Chaal L., Chassenieux C., Deslouis C., Gaillard C., Saidani B. Structural, viscoelastic, and electrochemical characteristics of self-assembled amphiphilic comblike copolymers in aqueous solutions // J Phys Chem B. 2017. Vol. 121, № 4. P. 867–875. https://doi.org/10.1021/acs.jpcb.6b11237
  18. Dutertre F., Gaillard C., Chassenieux C., Nicolai T. Branched wormlike micelles formed by self-assembled comblike amphiphilic copolyelectrolytes // Macromolecules. 2015. Vol. 48, № 20. P. 7604–7612. https://doi.org/10.1021/acs.macromol.5b01503
  19. Dutertre F., Benyahia L., Chassenieux C., Nicolai T. Dynamic mechanical properties of networks of wormlike micelles formed by self-assembled comblike amphiphilic copolyelectrolytes // Macromolecules. 2016. Vol. 49, № 18. P. 7045–7053. https://doi.org/10.1021/acs.macromol.6b01369
  20. Merland T., Drou C., Legoupy S., Benyahia L., Schmutz M., Nicolai T., Chassenieux C. Self-Assembly in water of C60 fullerene into isotropic nanoparticles or nanoplatelets mediated by a cationic amphiphilic polymer // J Colloid Interface Sci. 2022. Vol. 624. P. 537–545. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2022.05.113
  21. Wu A., Gao X., Liang L., Sun N., Zheng L. Interaction among worm-like micelles in polyoxometalate-based supramolecular hydrogel // Langmuir. 2019. Vol. 35, № 18. P. 6137–6144. https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.9b00627
  22. Zhang X., Shen Y., Shen G., Zhang C. Simple and effective approach to prepare an epoxy-functionalized polymer and its application for an electrochemical immunosensor // ACS Omega. 2021. Vol. 6, № 5. P. 3637–3643. https://doi.org/10.1021/acsomega.0c05183
  23. Limouzin-Morel C., Dutertre F., Moussa W., Gaillard C., Iliopoulos I., Bendejacq D., Nicolai T., Chassenieux C. One and two dimensional self-assembly of comb-like amphiphilic copolyelectrolytes in aqueous solution // Soft Matter. 2013. Vol. 9, № 37. P. 8931. https://doi.org/10.1039/C3SM51895G
  24. Noskov B.A., Akentiev A. V., Bilibin A.Y., Zorin I.M., Miller R. Dilational surface viscoelasticity of polymer solutions // Adv Colloid Interface Sci. 2003. Vol. 104, № 1–3. P. 245–271. https://doi.org/10.1016/S0001-8686(03)00045-9
  25. Langmuir I., Schaefer V.J. Activities of urease and pepsin monolayers // J Am Chem Soc. 1938. Vol. 60, № 6. P. 1351–1360. https://doi.org/10.1021/ja01273a023
  26. Novikova A.A., Vlasov P.S., Lin S.Y., Sedláková Z., Noskov B.A. Dynamic surface properties of poly(methylalkyldiallylammonium chloride) solutions // J Taiwan Inst Chem Eng. 2017. Vol. 80. P. 122–127. https://doi.org/10.1016/j.jtice.2017.08.042
  27. Manning-Benson S., Bain C.D., Darton R.C. Measurement of dynamic interfacial properties in an overflowing cylinder by ellipsometry // J Colloid Interface Sci. 1997. Vol. 189, № 1. P. 109–116.
  28. Tummino A., Toscano J., Sebastiani F., Noskov B.A., Varga I., Campbell R.A. Effects of aggregate charge and subphase ionic strength on the properties of spread polyelectrolyte/surfactant films at the air/water interface under static and dynamic conditions // Langmuir. 2018. Vol. 34, № 6. P. 2312–2323. https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.7b03960

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Структура полимеров, использованных в данной работе

Скачать (54KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Кинетические зависимости поверхностного натяжения диализованных растворов p3 с добавлением NaCl. Концентрации полиэлектролита: 0.030 масс. % (квадраты), 0.010 масс. % + 0.010 М NaCl (треугольники), 0.010% + 0.013 М NaCl (круги), 0.010 масс. % + 0.016 М NaCl (перевернутые треугольники), 0.010 масс. % + 0.020 М NaCl (ромбы), 0.010 масс. % + 0.030 М NaCl (звезды)

Скачать (95KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Кинетические зависимости динамической поверхностной упругости диализованных растворов p3 с добавлением NaCl. Концентрации полиэлектролита: 0.030 масс. % (квадраты), 0.010 масс. % + 0.010 М NaCl (треугольники), 0.010 масс. % + 0.013 М NaCl (круги), 0.010 масс. % + 0.016 М NaCl (перевернутые треугольники), 0.010 масс. % + 0.020 М NaCl (ромбы), 0.010 масс. % + 0.030 М NaCl (звезды)

Скачать (88KB)
Метаданные
5. Рис. 4. АСМ-изображения адсорбционных пленок p3 при различных концентрациях NaCl 0 (а) и 0.05 М (б) и полиэлектролита 0.05 масс. % (а) и 0.01 масс. % (б)

Скачать (264KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Зависимость динамической поверхностной упругости (ε) от поверхностного давления (π) для нанесенного монослоя p1. Серые треугольники соответствуют модулю динамической поверхностной упругости, незаполненные квадраты соответствуют действительной части динамической поверхностной упругости, а черные квадраты соответствуют мнимой части динамической поверхностной упругости

Скачать (70KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Зависимость динамической поверхностной упругости (ε) от поверхностного давления (π) для нанесенного монослоя p2. Серые треугольники соответствуют модулю динамической поверхностной упругости, незаполненные квадраты соответствуют действительной части динамической поверхностной упругости, а черные квадраты соответствуют мнимой части динамической поверхностной упругости

Скачать (60KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Изотермы сжатия/растяжения для нанесенного монослоя p1. Черная, пунктирная и серая линии соответствуют первому, второму и третьему циклам сжатия/растяжения, соответственно

Скачать (69KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Зависимость динамической поверхностной упругости (ε) от поверхностного давления (π) для нанесенного монослоя p4. Серые треугольники соответствуют модулю динамической поверхностной упругости, незаполненные квадраты соответствуют действительной части динамической поверхностной упругости, а черные квадраты соответствуют мнимой части динамической поверхностной упругости

Скачать (72KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Изотермы сжатия/растяжения для нанесенного монослоя p4. Черная, пунктирная и серая линии соответствуют первому, второму и третьему циклам сжатия/растяжения, соответственно

Скачать (67KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024