中性子散乱とビスコ測定によって明らかにされた混合水/有機溶媒中の疎水性高分子電解質溶液の挙動

このホワイトペーパーでは、疎水性高分子電解質の溶液、ポリ（スチレン-Co-sodium styrenesulfonate）の溶液の粘性特性に対する溶媒品質の改善の影響：PSSを調査します。使用される溶媒は、水と有機溶媒であるTHFの混合物であり、これもわずかに極性です。希釈および半糸状の染色レジームの濃度の関数として、半糸状領域と粘度測定に小さな角度中性子散乱を使用します。構造、すなわちすべての鎖からの散乱は、最大（「ポリエレクトロライトピーク」）によって特徴付けられます。その位置と振幅は、PSSの特定のスルホン化速度で、有機溶媒の追加量（THF）を介して溶媒品質に依存します。THFの量によるこれらの進化は、スルホン化速度fが低い場合（疎水性の高分子電解質）、添加されたTHFの量が高い場合、より顕著です。THFを疎水性PSS（F = 0.50またはF = 0.38）に追加すると、ログI -Log Qプロットに表示され、パールサイズに関連付けられている「肩」も減少します。したがって、THFが水性高分子電解質溶液に添加されると、真珠が溶解し、鎖の立体構造は、完全にスルホン化されたPSSの純水の弦のような立体構造に向けて純粋な水ですでに報告されている真珠の首の形状から進化することが提案されています。THFを添加すると、疎水性の高分子電解質溶液で見られる重要な低Qの上昇も減少します。大きな凝集体はTHFによって溶解されます。上昇は、十分なTHF（50％）を追加した後、PSSNA F = 0.38になり、水中の帯電した親水性症例PSSNA F = 0.82のそれよりもさらに小さくなります。これは、F = 0.82の準充電されたPSSでは、依然として水に疎水性効果があることを意味します。これは、最近の報告に反対していること、または誘電率が低いために上昇性への静電気の寄与が減少していることを意味します。親水性の高分子電解質、ポリ（ナトリウム-2-アクリミド-2-メチルプロパンスルホン酸）-Co-（アクリルアミド）について：AMAMPS、構造の進化は25％THFまで発生しません。THF画分の粘度測定の変動は、最大25％の散乱とよく一致しています。AMAMPSのTHFに依存していませんが、親水性PSSNAの場合、散乱によってシグナルと合った疎水性PSSNAが増加します。50％のTHF濃度で、親水性の高分子電解質は新しい驚くべき行動を示します。PSSNAの散乱はもはや高分子電解質の特徴ではなく、AMAMPSソリューションは予期しない粘度の減少を示します。

We investigate in this paper the influence of the improvement of the solvent quality on the structure and the viscous properties of solutions of an hydrophobic polyelectrolyte, poly(styrene-co-sodium styrenesulfonate): PSS. The solvent used is a mixture of water and an organic solvent, THF, which is also slightly polar. We use small angle neutron scattering in the semidilute regime and viscosimetry as a function of concentration in dilute and semidilute unentangled regime. The structure, namely the scattering from all chains, is characterized by a maximum ("polyelectrolyte peak"). Its position and amplitude depends, at a given sulfonation rate of PSS, on the solvent quality through the added amount of organic solvent (THF). These evolutions with the THF amount are more pronounced when the sulfonation rate f is low (more hydrophobic polyelectrolyte) and the amount of added THF is high. Adding THF to hydrophobic PSS (f = 0.50 or f = 0.38), diminishes also the "shoulder" visible in the log I - log q plot and associated with the pearl size. It is therefore proposed that when THF is added to aqueous polyelectrolyte solutions, the pearls are dissolved and the chain conformation evolves from the pearl-necklace shape already reported in pure water toward the string-like conformation in pure water for fully sulfonated PSS. An addition of THF also reduces the important low q upturn found with hydrophobic polyelectrolyte solutions: the large aggregates are dissolved by THF. The upturn can become for PSSNa f = 0.38, after adding enough THF (50%), even smaller than that for the charged hydrophilic case PSSNa f = 0.82, in water. This can mean that in the quasi-fully charged PSS at f = 0.82 there are still hydrophobic effects in water, which is disagreeing with our recent reports, or that the electrostatics contribution to the upturn is reduced due to a lower dielectric permittivity. Concerning the hydrophilic polyelectrolyte, poly(sodium-2-acrylamido-2-methylpropanesulfonate)-co-(acrylamide): AMAMPS, no evolution in structure occurs until 25% THF. The viscosimetry variation with THF fraction is in good agreement with the scattering one up to 25%: though little dependent on THF for AMAMPS, and for hydrophilic PSSNa, it increases for hydrophobic PSSNa in agreement with the chain expansion signaled by scattering. At 50% THF concentration, the hydrophilic polyelectrolyte shows new surprising behaviors: the scattering of PSSNa is no longer characteristic of polyelectrolytes, and AMAMPS solutions display an unexpected viscosity decrease.