Пространственные сетки в растворах червеобразных агрегатов: средне-полевые модели и компьютерное моделирование.

Equilibrium Spatial Networks in Solutions of Branching Wormlike Aggregates: Mean-Field Models and Simulation

Ксения Емельянова, Игорь Готлиб, Михаил Вознесенский и Алексей Викторов.

Ksenia Emelyanova, Igor Gotlib, Mikhail Voznesenskiy and Alexey Victorov

Аннотация.

Пространственные сетки образуются в разнообразных системах, включая растворы червеобразных мицелл и полимерные физические гели. Системы в которых образуются сетки находят широкое применение, начиная от доставки лекарств до самовосстанавливающихся покрытий. Формирование и разрушение сетки оказывает сильное влияние на вязкоупругость и другие свойства растворов. В связи с этим особый интерес вызывают механизмы и условия образования сетки и эффекты, оказываемые молекулярной архитектурой структурных единиц сетки на её структуру.

В докладе рассматриваются равновесные сетки двух типов: (1) сетки сформированные червеобразными ветвящимися мицеллами и (2) сетки, сформированные в растворе ассоциирующих полимеров. Для мицелл, образованных ионным поверхностно-активным веществом применяется средне-полевая модель агрегации для описания формирования перфорации в бислое и перехода к пространственной сетке ветвящихся червеобразных агрегатов. Обсуждается комбинация методов Броуновской динамики и Монте-Карло для моделирования мицеллярного роста и образования ветвлений в рамках крупнозернистого приближения. Описываются обнаруженные эффекты краудинга  в системе перекрестно-ассоциирующих полимерных цепей в хорошем растворителе.

Abstract

Spatial networks may self-assemble in a diversity of systems, including solutions of wormlike surfactant micelles, microemulsions and polymer physical gels. Network-forming systems find numerous applications that range from tissue engineering and drug delivery to self-healing coatings and production of oil. Formation and breakup of a network has a strong impact on viscoelasticity and other important properties of the system. Among the key issues are the mechanism and conditions of self-assembly into a network, and the effect of the molecular architecture of the building units on the network’s structure.

In this work we study equilibrium networks of two different types: (1) the networks formed by associative polymer chains, and (2) the networks formed by the wormlike micelles of ionic surfactants. For ionic surfactants, we apply a mean-field aggregation model to describe formation of perforations in a self-assembled planar bilayer that lead to a shape transition resulting in a spatial network of branched wormlike micelles. Combined Brownian Dynamics and Monte Carlo simulation has been proposed to study micellar growth and branching within a coarse-grained model. The effect of “crowding” in the system of cross-associating sticky chainlike molecules in a good solvent is described.