Международный коллектив ученых с помощью методов компьютерного моделирования изучили структуру и свойства нанонаполнителя, к поверхности которого «пришиты» другие молекулы. В результате такой модификации поверхности образуются «плоские щетки», свойства которых и исследовались в ИВС РАН. Подобная модификация важна для улучшения смешения компонентов композиционных материалов. Работа ученых опубликована в журнале Current Opinion in Colloid & Interface Science. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ). В исследовании принимали участие ученые из Вагенингенского университета (Германия), Института высокомолекулярных соединений (ИВС) РАН, Университета ИТМО и Университета По и Пэ де Л'Адур (Франция).

Плоская полимерная щетка представляет собой монослой полимерных цепей (линейных или разветвленных), которые связаны с плоской поверхностью нанонаполнителя концевыми группами. Такая модификация поверхности наночастиц полимерными цепями приводит к появлению на границе компонентов композита (наполнителя и полимерного связующего) щетки из пришитых молекул. Наличие таких щеток помогает решать множество прикладных задач.

Так, при создании полимерных нанокомпозитов модификация поверхности полимерными цепями частиц нанонаполнителя препятствует их агрегации, улучшая равномерность распределения наночастиц. Формирование щетки на поверхности также дает возможность управлять адсорбиционными свойствами этой поверхности. Структуры, включающие в себя полимерные щетки, используются как материалы с регулируемыми свойствами, а также для переноса и постепенного высвобождения лекарств.

«Научная новизна работы состоит в скоординированном сочетании различных подходов к исследованию полимерных щеток: впервые такие системы изучены как методами атомистического моделирования конкретных систем, имеющих большое прикладное значение, так и методами аналитической теории, самосогласованного поля и мезоскопического моделирования», — пояснил руководитель гранта РНФ, доктор физико-математических наук Сергей Люлин.

Российские ученые изучили щетки из разветвленных полимерных молекул (дендронов, звезд и прочих), «пришитых» за один из концов к плоской поверхности. В работе показано, что чем более разветвленные полимеры пришивались к поверхности, тем меньше была толщина щеток и глубина их взаимного проникновения.

«Такое поведение должно приводить к уменьшению вязкого трения между щетками и может быть использовано для улучшения смешения компонентов композиционных материалов, в частности для композитов на основе полимолочной кислоты, наполненной нанокристаллами бактериальной целюлозы», — объяснил Сергей Люлин.