Three component model of molecular dynamics in polyethylene melts —a nuclear magnetic relaxation study

Summary

A three-component model of molecular dynamics in polymer melts is described. Starting from elementary processes such as the rearrangement of local defects which is directly accessible to thermal activation, longitudinal chain diffusion (reptation) and conformational fluctuations of the surrounding tube are defined as secondary motions.

The three time parameters of the components show specific dependences on the molecular weight. Experimental evidence for the model and, on the other hand, the possibility to study individual components are achieved by the aid of mixtures of protonated chains with a molecular weightM ₁ in a matrix of deuterated chains with a molecular weightM ₂. The appropriate choice ofM ₁ andM ₂ allows to shift components outside of the experimentally accessible frequency range (10⁴ to 10⁸ Hz). Experimental data for diverse polyethylene fractions are presented and described by the model. The correlation length ℓ has been calculated an the basis of the fitted parameters. The result is ℓ = 8 Å.

Zusammenfassung

Ein Dreikomponentenmodell der molekularen Dynamik in Polymerschmelzen wird beschrieben. Ausgehend von Elementarprozessen wie der Umlagerung lokaler Defekte, die unmittelbar der thermischen Aktivierung unterliegt, werden als Sekundärprozesse die longitudinale Kettendiffusion (reptation) und Konformationsfluktuationen der Umgebungsröhre definiert.

Die drei Zeitparameter der Komponenten hängen spezifisch vom Molekulargewicht ab. Eine experimentelle Bestätigung sowie die Möglichkeit, einzelne Komponenten getrennt zu untersuchen, ergibt sich durch Einlagerung von protonierten Ketten des MolekulargewichtsM ₁ in eine Matrix aus deuterierten Ketten des MolekulargewichtsM ₂. Die geeignete Wahl vonM ₁ undM ₂ erlaubt es, einzelne Komponenten aus dem Meßbereich (10⁴ bis 10⁸ Hz) herauszuverlagern. Es wird über Meßdaten für verschiedene Polyäthylenfraktionen berichtet. Die Korrelationslänge ℓ wird abgeschätzt zu ℓ = 8 Å.