Estudio de las estructuras de empaquetamiento en mezclas de polı́meros anillos y lineales

FERNÁNDEZ MÁRQUEZ J C; GÓMEZ L R; GARCÍA N. A.

Bariloche

Congreso; 107° Reunión de la Asociación Física Argentina; 2022

Asociación de Física Argentina

En general, la respuesta mecánica de diversos medios poliméricos está dominada fundamentalmente por la arquitectura de las moléculas que forman el material [1]. Por ejemplo, en polímeros lineales, la respuesta del material depende básicamente de si se forman o no entrelazamientos entre las moléculas. Los entrelazamientos producen obstáculos temporarios para la difusión lateral de cadenas, induciendo una dinámica de reptación (di- fusión unidimensional), idea propuesta por De Gennes a fines de los 70 [1]. Como consecuencia de la relajación de cadenas por reptación, el material muestra una respuesta del tipo elástica para altas velocidades de deformación, pero fluye como un líquido viscoso a velocidades de deformación lenta. Interesantemente, en polímeros ramificados uno de los extremos de la cadena esta fijo (aproximadamente), con lo que las cadenas no pueden reptar, y el material relaja tensiones por un nuevo mecanismo conocido como retracción de ramas, el cuál origina un enorme espectro de tiempos de relajación [1-2].Mientras que el conocimiento sobre polímeros lineales y ramificados ha avanzado, no se ha llegado a un entendimiento comparable en el caso de polímeros anillos. En este caso, el carácter cíclico de estas moléculas hace que las mismas no tengan extremos libres, por lo que los mecanismos bien establecidos de reptación o retracción de ramas no pueden usarse para describir su dinámica de relajación. Las controversias sobre polímeros anillo no sólo se refieren a las propiedades dinámicas de las moléculas, sino también a sus propiedades conformacionales y de equilibrio. Mientras algunos investigadores aseguran que estos polímeros deberían comportarse como esferas muy blandas, con poco interpenetramiento entre moléculas (threading ) [3-10], otros científicos señalan que los threadings son fundamentales y dominan la respuesta mecánica, induciendo una dinámica muy lenta (tipo vítrea) en algunos casos [11-14].En este sentido, la estructura y dinámica de polímeros tipo anillo forma uno de los temas actuales más interesantes, y controversiales, en Física de Polímeros. Los experimentos son de difícil interpretación debido a la incerteza sobre la pureza y dispersión de las muestras. Con este motivo, en el pasado se ha estudiado a través de dinámica molecular el efecto de los contaminantes lineales en fundidos de polímeros anillos totalmente flexibles (gaussianos) [15]. Notablemente, a concentraciones de polímeros lineales pequeñas (∼ 10 %) las propiedades reológicas. En este trabajo, se llevaron a cabo simulaciones numéricas sobre propiedades de equilibrio de polímeros semi- flexibles con forma de anillo. En particular se estudia como el grado de rigidez de las cadenas y los contaminantes lineales, modifican las propiedades conformacionales de las moléculas, así como su interpenetración.[1] Rubinstein, R. H. Colby, Polymer Physics (Oxford Univ. Press, Oxford, UK, 2003).[2] D. A. Vega et al. Phys. Rev. Lett. 95, 166002 (2005).[3] M. Rubinstein, Phys. Rev. Lett. 57, 3023 (1986).[4] S. P. Obukhov, M. Rubinstein, T. Duke, Phys. Rev. Lett. 73, 1263 (1994).[5] S. T. Milner and J. D. Newhall, Phys. Rev. Lett. 105, 208302 (2010).[6] A. Y. Grosberg, Soft Matter 10, 560 (2014).[7] M. Kapnistos, et al. Nature Materials 7, 997 (2008).[8] T. Vettorel, A. Y Grosberg, K. Kremer, Physical Biology 6, 025013 (2009).[9] J. D. Halverson, W. B. Lee, G. S. Grest, A. Y. Grosberg, K. Kremer, J. Chem. Phys. 134, 204904 (2011).[10] A. Rosa, R. Everaers, Phys. Rev. Lett. 112, 118302 (2014).[11] D. Michieletto et al. ACS Macro Lett. 3, 255 (2014).[12] D. Michieletto, M S. Turner, PNAS 113, 5196 (2010).[13] D. Marenduzzo, C. Micheletti, E. Orlandini, J. Phys.: Condens. Matter 22, 283102 (2010).[14] L. R. Gómez, N. A. García, T. Pöschel. PNAS 117, 3382 (2020).[15] J. D. Halverson et al. PRL 108 038301(2012).