三种典型半芳香族聚酯的单分子力谱

doi:10.7503/cjcu20230126

摘要/Abstract

摘要：

以聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯和聚对苯二甲酸丁二醇酯为研究对象, 利用单分子力谱技术研究了3种典型半芳香族聚酯在壬烷和去离子水环境中的单链力学性质. 这3种聚酯在相同液体环境中的单链弹性曲线重合, 表明亚甲基数量的微小差异对聚酯的本征弹性及亲/疏水性没有显著影响. 这可能是因为聚酯分子结构非常相似, 在溶液中均以无规链构象存在, 故表现出相同的单链弹性. 而聚酯宏观材料理化性质的差异可能是因为当分子链聚集形成晶体时, 链段的排列组合方式以及分子间作用力发生了变化. 单分子力谱研究有望为聚酯的性能调控提供一定的理论支持.

关键词: 聚对苯二甲酸乙二醇酯, 聚对苯二甲酸丙二醇酯, 聚对苯二甲酸丁二醇酯, 亚甲基, 单分子力谱

Abstract:

The single-chain mechanical properties of three typical semi-aromatic polyesters（polyethylene terephtha-late， polytrimethylene terephthalate， and polybutylene terephthalate） were studied by single-molecule force spectroscopy. The single-chain force-extension curves of these three polyesters obtained in the same liquid environment can be overlapped well， indicating that the small difference in the number of methylene has no significant effect on the inherent elasticity and hydrophilicity of polyesters. This may be because the polyester molecules are very similar in structure and all adopt the random chain conformation in solution. The single-molecule results imply that the differences in physicochemical properties of polyester materials may be due to the changes in the arrangement of chain segments and intermolecular forces when the polymer chains aggregate to form crystals. It is expected this study will provide some theoretical support for the property regulation of polyesters.

Key words: Polyethylene terephthalate, Polytrimethylene terephthalate, Polybutylene terephthalate, Methylene, Single-molecule force spectroscopy

中图分类号:

O631.2

TrendMD:

万鹏程, 陆松, 鲍雨, 崔树勋. 三种典型半芳香族聚酯的单分子力谱. 高等学校化学学报, 2023, 44(8): 20230126.

WAN Pengcheng, LU Song, BAO Yu, CUI Shuxun. Single-molecule Force Spectra of Three Typical Semi-aromatic Polyesters. Chem. J. Chinese Universities, 2023, 44(8): 20230126.

图/表 6

Fig.1 Primary structures of PET, PTT and PBT

Fig.2 Typical single⁃chain F⁃E curves(A) and normalized F⁃E curves of PET obtained in nonane(B)

Fig.3 Normalized F⁃E curve(solid line) of PET and the QM⁃WLC fitting curves with different lp values(dotted line)

Fig.4 Force deviation between the experimental curve and the QM⁃WLC fitting curve(A) and comparison between the normalized F⁃E curve of PET obtained in nonane and the QM⁃WLC fitting curve with lp = 0.279 nm(B)（A） Minimum deviation： lp = 0.279 nm.

Fig.5 Comparison of normalized F⁃E curves of PET(a), PTT(b) and PBT(c) obtained in nonane

Fig.6 Comparison of normalized F⁃E curves of PET(A), PBT(B) and PTT(C) obtained in nonane and DI water and them obtained in DI water(D)The dotted line is the zero line.

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