荷電ポリマー鎖によって誘導されるプレート様コロイドの凝集：ポリマー電荷密度で調整されたナノメートルスケールの組織

帯電したプレートのようなコロイド、イオネンの存在下で、反対に帯電したポリマー鎖の存在下で、帯電したプレートのようなコロイドの凝集を研究します。充電されたポリマーを選択すると、線形電荷密度を調整して、粘土表面の平均電荷分離を一致/不一致にします。小角X線と中性子散乱によって形成される凝集体のナノスケール構造を評価します。形成された粘土骨材のナノスケールの特徴は、積み重ねピークの存在によって支配されており、粘土のタクサイドの形成、つまり粘土血小板の対面凝集ジオメトリの明確な証拠を提供します。イオネンのチェーン電荷密度は、粘土のタクサイド内の積み重ね繰り返し距離だけでなく、タクトイドのスタッキングと存在量の程度にも影響します。2つのレジームを粘土とイオンポリマーの電荷密度（それぞれρcとρp）の関数として区別することができます。最初のレジームは、ρp>ρcおよびρp≈ρcに適用されます。つまり、高度で「一致する」充電されたチェーンの場合です。これらの条件下では、イオン強度（調査した範囲内、つまり最大0.05 m NABR内）に関係なく、インターカレート化された鎖がタクトイド内の平坦な立体構造にあります。弱く帯電した鎖の場合、ρp<ρc、タクトイド内のイオネン鎖のうねりが見られます。イオン鎖の持続長が減少するため、皮膚の程度はイオン強度とともに増加します。スタッキングの範囲（タクサイドあたり5〜10台の血小板）はすべてのシステムの一般的な特徴であり、その起源は不明のままです。粘土表面とポリマー鎖（ρp≈ρc）での担当の分離における最も近い一致に対応するシステムは、最も豊富なタクトイドを備えています。これは、堆積物の体積の単純な目視検査から推定される最高の巨視的密度と一致します。これは、ナノスケールでの密度と骨材の巨視的密度と堆積挙動との間のリンクに関するオープンな問題につながります。

We study the aggregation of charged plate-like colloids, Na-montmorillonite clays, in the presence of ionenes, oppositely charged polymer chains. The choice of the charged polymer allows tuning its linear charge density to match/mismatch the average charge separation on the clay surfaces. We assess the nanoscale structure of the aggregates formed by small-angle X-ray and neutron scattering. The nanoscale features of the formed clay aggregates are dominated by the presence of a stacking peak, giving clear evidence for the formation of clay tactoids, that is, a face-to-face aggregation geometry of the clay platelets. The chain charge density of ionenes influences not only the stacking repeat distance within the clay tactoids but also the extent of stacking and abundance of the tactoids. We may distinguish two regimes as a function of clay and ionene polymer charge densities (ρc and ρp, respectively). The first regime applies to ρp > ρc and ρp ≈ ρc, that is, for highly and "matching" charged chains. Under these conditions, the intercalated chains lie in a flat conformation within the tactoids, irrespective of the ionic strength (within the range studied, i.e., up to 0.05 M NaBr). For weakly charged chains, ρp < ρc, undulation of the ionene chains within the tactoid is seen. The degree of undulation increases with ionic strength due to the decreasing persistence length of the ionene chains. The extent of stacking (5-10 platelets per tactoid) is a general feature of all the systems, and its origin remains unknown. The system corresponding to the closest match in charge separations on the clay surface and on the polymer chain (ρp ≈ ρc) features the highest abundance of tactoids. This coincides with the highest macroscopic density as deduced from simple visual inspection of sediment volumes. This leads to the open question regarding the link between the density at the nanoscale and the macroscopic density and sedimentation behavior of the aggregate.