Theoretical study of branched polyelectrolytes

Abstract

ii CHARLES UNIVERSITY Faculty of Science Department of Physical and Macromolecular Chemistry Doctoral Thesis Theoretical Study of Branched Polyelectrolytes by Varvara PROKACHEVA Abstract This thesis is dedicated to the theoretical study of branched pH-responsive polyelec- trolytes including stars, molecular brushes as well as hydrogels in dilute aqueous salt solutions. It was investigated how external parameters, such as ionic strength, pH, and solvent quality affect the properties and the internal structure of those poly- electrolytes. The study was carried out by the development of an analytical theory which results were validated by the numerical Scheutjens-Fleer self-consistent field method as well as Monte Carlo and molecular dynamics simulations. A competition between electrostatic repulsions with short-range solvophobic in- teractions leads to complex patterns within intramolecular self-organization of bran- ched polyelectrolytes. That results in the formation of domain structures, in partic- ular, core-shell and pearl necklace structures in stars and molecular brushes, respec- tively. These domains are formed by almost neutral collapsed chains and stabilized by stretched and ionized chains. This study is relevant both in terms of creating new functional polymer materials for a wide range of...

UNIVERZITA KARLOVA Přírodovědecká fakulta Katedra fyzikální a makromolekulární chemie Disertační práce Teoretické studium větvených polyelektrolytů by Varvara PROKACHEVA Abstrakt Dizertační práce je věnována teoretickému studiu větvených pH-responsivních poly- elektrolytů včetně hvězdic, molekulárních kartáčů a také hydrogelů ve zředěných vodných solných roztocích. Bylo zkoumáno, jak vnější parametry, jako je iontová síla, pH a kvalita rozpouštědla, ovlivňují vlastnosti a vnitřní strukturu těchto polyelek- trolytů. Studie byla provedena vývojem analytické teorie, jejíž výsledky byly ověřeny numerickou metodou Scheutjens-Fleer self-consistent field a simulacemi Monte Carlo a molekulové dynamiky. Konkurence mezi elektrostatickým odpuzováním a solvofobními interakcemi krát- kého dosahu vede ke složitým vzorům v rámci intramolekulární samoorganizace rozvětvených polyelektrolytů. To má za následek tvorbu doménových struktur, ze- jména struktury jádro-slupka a perlový náhrdelník ve hvězdicích a molekulárních kartáčích. Tyto domény jsou tvořeny téměř neutrálními kolabovanými řetězci a sta- bilizovány nataženými a ionizovanými řetězci. Tato studie je relevantní jak z hlediska vytváření nových funkčních polymerních materiálů pro širokou škálu aplikací, tak z hlediska dalšího...