论文摘要
本论文利用耗散粒子动力学模拟方法并结合流变和同步辐射小角x射线散射等实验手段研究了嵌段共聚物聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯（PEO-PPO-PEO）水溶液体系的胶束化和凝胶化行为，探讨了亲水的PEO嵌段长度对PEO-PPO-PEO水溶液胶束化和凝胶化行为的影响，明晰了17R4（PO14-EO24-PO14）的添加对PEO-PPO-PEO水溶液凝胶化行为以及凝胶结构转变的影响规律，预测了PEO-PPO-PEO水溶液体系的胶束化和凝胶化机理，这些结果能够为聚合物凝胶材料的设计和应用提供可靠的理论指导。具体内容包括：采用耗散粒子动力学模拟方法并结合实验研究了PEO-PPO-PEO水溶液的胶束化和凝胶化行为。确定了F127（EO100-PO65-EO100）水溶液的临界胶束浓度和临界凝胶浓度；发现在298K，40wt%浓度以下，F127水溶液中形成以PPO为核、PEO为壳的球状胶束。进一步研究了亲水嵌段长度对胶束结构以及凝胶形成浓度的影响。发现亲水嵌段越短，越有利于长椭球状胶束的形成。在疏水嵌段长度相同的情况下，亲水嵌段越短，胶束聚集数越大，胶束外壳中的亲水链也就越密集，胶束也就越“硬”；反之，则亲水嵌段越长，胶束就越“软”。因此，对于较“硬”的胶束，亲水嵌段越长，临界凝胶浓度越低；而当更长的亲水嵌段长度使得形成较软的胶束时，在一定浓度下，尽管已经形成了逾渗网络结构，但此时网络结构的力学强度很弱。只有当浓度增加到一定程度时，才能形成具有一定力学性能的硬凝胶，因而形成硬凝胶的浓度有所上升。在PEO-PPO-PEO水溶液中引入添加物，将使体系的胶束化行为和凝胶化行为变得更加复杂，为此，我们详细探讨了添加物对嵌段共聚物水溶液体系胶束化和凝胶化行为的影响。我们将具有不同摩尔比的相反嵌段组成的嵌段共聚物17R4添加到Pluronics P123（EO20-PO70-EO20）、F127（EO100-PO65-EO100）和F108（EO133-PO50-EO133）等水溶液中。通过测量不同混合溶液的流变性质来研究添加17R4对凝胶化行为的影响。当17R4添加到溶液中，P123、F127和F108水溶液的溶胶-凝胶转变温度向高温方向偏移。另外，17R4的存在极大地影响了凝胶的稳定性。这些结果有助于更好地理解Pluronics水溶液的凝胶化行为。结合流变学频率扫描和同步辐射小角x射线散射（SAXS），研究了17R4含量和温度对17R4/F127混合水溶液的凝胶结构的影响。结果表明，溶胶、软凝胶和硬凝胶分别对应着无序结构、无序与立方相共存结构以及立方相结构。对于F127水溶液体系，可以把F127形成的胶束看成硬球，随着温度的升高，胶束的硬球半径和胶束中F127链的聚集数随之减小，这是因为17R4在较低温度下很难形成胶束，当温度升高时，17R4链参与胶束的形成，从而使胶束数目增加，因此每个胶束中的F127链数也就随之减小。当17R4含量较高时，胶束外壳中F127部分的PEO链段数随着温度升高而减少，胶束外壳变得更软，因此，当17R4/F127摩尔比为2:1时，混合溶液在高温下呈现面心立方（FCC）到体心立方（BCC）的结构转变。