聚乙烯醇及其碘复合物构—性关系的单分子力谱研究

作     者：黄晓波 

作者单位：西南交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：崔树勋;鲍雨

授予年度：2022年

学科分类：07[理学] 08[工学] 070304[理学-物理化学(含∶化学物理)] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0703[理学-化学] 

主      题：单分子力谱 溶解性与醇解度 PVA-碘复合物 螺旋结构 

摘      要：聚乙烯醇(PVA)是一种以碳-碳为主链和具有大量羟基的聚合物,由于其本身有着许多良好的机械性能和理化性质,使其被广泛应用于各行各业。人们在使用PVA时,经常需要先将其溶解于水中,再进行后续的加工。然而,PVA的溶解度受醇解度和聚合度影响较大,当醇解度为99%时,其不易在常温下溶解。研究者们提出可以通过干扰PVA相邻羟基间的连续分子内氢键来提升其溶解性。自从PVA-碘复合物发现以来,已经广泛应用于人们日常生活中,由于其性能与它们之间的相互作用密切相关,故PVA-碘复合物的结构受到人们广泛关注。研究者们提出了许多结构模型,如螺旋模型、聚集模型等。虽然已经有很多学者通过多种集群方法对PVA-碘复合物进行了研究,但集群方法所研究的对象是包含大量PVA-碘复合物的宏观体系。因为体系的复杂性,所提出的结构模型中仍然存在许多不确定性,PVA和碘的相互作用机理仍然不清楚。本论文利用单分子原子力显微镜技术在单分子水平上对不同醇解度PVA的分子内氢键和PVA与碘的相互作用进行了研究。首先,研究了不同醇解度的PVA在二甲基亚砜、真空和壬烷中的单链弹性,提出了PVA-99在常温下水溶性低的可能原因;其次,研究了PVA-碘复合物的单链螺旋结构模型的合理性;最后在碘化钾溶液中研究了碘离子对PVA单链行为的影响。基于以上的研究,本论文主要得出以下结论:(1)PVA的分子内氢键强度随着其醇解度的增加而增加,且分子内氢键之间存在着协同增强作用,PVA-99分子内氢键的强协同作用可能是其在室温下溶解性较差的一个关键因素。(2)在碘化钾/碘溶液(多聚碘负离子)中,对直链淀粉单链与碘、PVA单链与碘的相互作用进行研究。结果表明直链淀粉能形成文献中所提的螺旋结构,反映为力曲线上的长平台;而PVA的力曲线没有代表螺旋结构的平台出现,这说明前人提出的单链螺旋结构应该不是PVA-碘复合物的结合方式。(3)在碘化钾溶液(碘离子)中研究了PVA的单链力学行为,结果表明PVA单链与碘离子之间存在相互作用,反映为力曲线上的长平台,拉伸过程中会消耗额外的能量,导致PVA单链变得更加柔性。