Polymer adsorption in a poor solvent

(Received 20 september 1990, accepted 31 october 1990)

Abstract
We discuss polymer adsorption in a poor solvent. For a single chain we find a wetting transition on an attractive wall when the thermal correlation lenght is of the order of the adsorption lenght D. If D is larger than , for weak adsorption, the polymer chain partially wets the solid surface in the same way as a small liquid drop ; if D is smaller than , strong adsorption, the chain forms a flat pancake of thickness D. The adsorption of a polymer solution in a poor solvent is considered only when the chains wet the surface. At very low bulk concentration the adsorbed chains form a two dimensional dilute polymer solution which is either in a poor solvent or in a good solvent depending on the value of the attractive excluded volume. When this two dimensional solution is in a poor solvent it undergoes a first order demixing transition analogous to the so-called prewetting transition. At a higher bulk concentration the surface layer becomes continuous, its thickness grows and diverges when the bulk concentration reaches the coexistence curve. We also study the wetting transition of the polymer solution. These results can be applied to diblock copolymer adsorption in a selective solvent. The prewetting transition can also exist in this case if the soluble block is not too large.

Résumé
Nous étudions l'adsorption de polymères en mauvais solvant. Dans le cas d'une chaîne isolée au contact d'une paroi attractive nous obtenons une transition de mouillage lorsque la longueur de corrélation thermique est du même ordre de grandeur que la longueur d'extrapolation D qui caractérise l'adsorption. Si D est plus grand que , cas d'adsorption faible, la chaîne polymère mouille partiellement la surface comme le ferait une gouttelette de liquide, lorsque D est plus petit que , cas de l'adsorption forte, la chaîne forme une galette d'épaisseur D. L'adsorption d'une solution de polymère en mauvais solvant est envisagée uniquement lorsque le polymère mouille la paroi. Aux très faibles concentrations volumiques les chaînes adsorbées constituent une solution diluée à deux dimensions, le polymère est alors en mauvais ou en bon solvant suivant la valeur de l'interaction attractive entre monomères. Lorsque la solution à deux dimensions est en mauvais solvant elle présente une transition de démixtion du premier ordre analogue à la transition de prémouillage. À des concentrations plus élevées, la couche adsorbée devient continue, son épaisseur augmente et présente une divergence logarithmique quand la concentration volumique atteint la coexistence. Nous étudions également la transition de mouillage de la solution de polymères. Les résultats peuvent être appliqués à l'adsorption de copolymères biséquencés en solvant sélectif. La transition de prémouillage peut également exister si la masse moléculaire des séquences solubles n'est pas trop élevée.