Numéro
J. Phys. France
Volume 42, Numéro 3, mars 1981
Page(s) 505 - 511
DOI https://doi.org/10.1051/jphys:01981004203050500
J. Phys. France 42, 505-511 (1981)
DOI: 10.1051/jphys:01981004203050500

Polymer networks swollen by a homopolymer solution

F. Brochard

Physique de la Matière Condensée, Collège de France, 75231 Paris Cedex 05, France


Abstract
We study the conformation of a polymer network (N monomers between crosslinks, volume fraction φN) in contact with a solution of the same polymer (P monomers per mobile chain, volume fraction φ extP). As a function of P/N and φ extP,we find three regimes : - Swollen unmixed (SUM) : the free chains do not penetrate. The internal concentration φ inP is exponentially small in the region occupied by the gel. The distance between crosslinks varies as N 3/5 - Swollen mixed (SM) : the mobile chains penetrate the region occupied by the gel but the gel is still swollen (R ~ N3/5/P1/5). - Ideal mixed (IM) : here again, the mobile chains penetrate the gel. The excluded volume interactions between monomers of the gel are strongly screened out. The gel is expected to reach a final state similar to what would be found in a θ solvent. In all the mixed cases, when starting from a swollen gel in contact with a polymer solution, the final state is reached only at very long times : it could be observed however on small gel particles immersed in the solvent mixture or with one labelled chain (N monomers) in a solution of P chains. All these results cease to be valid if the gel is even slightly chemically different from the mobile chains. In that case, the mobile chains are expelled out and the gel deswells as the concentration of the external polymer solution increases.


Résumé
On étudie la configuration de réseaux polymériques (N monomères entre noeuds, fraction en volume φN) en équilibre avec une solution du même polymère (P monomères par chaine mobile, fraction en volume φ extP). En fonction de P/N et de φext P, on trouve trois régimes : - Non miscible, gonflé (SUM) : les chaînes mobiles ne pénètrent pas. La concentration à l'intérieur du gel φintP, est exponentiellement petite. La distance entre noeuds adjacents du réseau varie comme N 3/5. - Miscible, gonflé (SM) : les chaînes mobiles pénètrent la région occupée par le gel, mais le gel est encore gonflé (R ˜ N3/5/P1/5). - Miscible, idéal (IM) : ici aussi, les chaines mobiles pénètrent le gel. Les interactions de type volume exclu entre monomères du gel sont fortement écrantées. Le gel doit atteindre un état final similaire à celui qu'il aurait en solvant θ. Dans les cas de miscibilité, lorsqu'on part d'un gel gonflé mis en contact avec une solution de polymère, l'état final est atteint seulement après un temps très long : il pourrait être observé cependant sur des particules de gel de quelques microns. Tous ces résultats ne sont plus valables si le gel est chimiquement différent des chaines mobiles. Le simple fait que les noeuds du gel soient de nature chimique différente des chaînes peut suffire à expulser les chaînes mobiles du gel.

PACS
6125H - Macromolecular and polymer solutions; polymer melts; swelling.

Key words
polymer solutions