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J. Phys. II France
Volume 4, Numéro 10, October 1994
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Page(s) | 1799 - 1811 | |
DOI | https://doi.org/10.1051/jp2:1994233 |
J. Phys. II France 4 (1994) 1799-1811
"Living polymers" in organic solvents : stress relaxation in bicopper tetracarboxylate/tert-butyl cyclohexane solutions
P. Terech1, P. Maldivi2 and C. Dammer31 Institut Laue Langevin, 156X, 38042, Grenoble Cedex, France
2 CEA-Département de Recherche Fondamentale sur la Matière Condensée, Service d'Etudes de Systèmes et Architectures Moléculaires, Chimie de Coordination CNRS URA 1194, 17 rue des Martyrs, 38054 Grenoble Cedex 9, France
3 Laboratoire d'Ultrasons et de Dynamique des Fluides Complexes CNRS URA 851, Université Louis Pasteur, 4 rue Blaise Pascal, 67070 Strasbourg Cedex, France
(Received 29 October 1993, revised 27 May 1994, accepted 23 June 1994)
Abstract
Viscoelastic solutions of a bicopper tetracarboxylate complex in tert-butylcyclohexane have been
studied by dynamic rheology in a wide range of concentrations (0.5-1.5 % volume fraction). The zero
shear viscosity, the elastic modulus, the terminal stress relaxation time and the height of the
high-frequency dip, in a Cole-Cole representation of the complex elastic modulus, follow scaling
laws. The related exponents are discussed in the context of the physics of "living polymers" :
a term used to describe worm-like species undergoing scission/recombination reactions competing mainly
with the reptation motions of the chains. The current system, made up of molecular threads (17.5 Å
diameter) of Cu
2(O
2C-CH(C
2H
5)C
4H
9)
4 in the apolar solvent, is representative of
a "living polymer" where, instead of mechanisms involving transient star polymeric crosslinks, a
reversible scission mechanism prevails. The dynamics in the high-frequency range evolves from a regime
where reptation is the dominant relaxation mechanism to a cross-over regime where "breathing"
fluctuations and Rouse motions become important. Large modifications of the stress relaxation function
occur for more concentrated systems. The binary system is the first example of a "living polymer"
in an organic solvent and exhibits elastic moduli (
G
ca. 120 Pa à
= 1 %) which are
at least 20 times larger than those found for the aqueous "living polymer" systems.
Résumé
Les solutions viscoélastiques d'un tétracarboxylate binucléaire de cuivre dans le tert-butylcyclohexane
sont étudiées par rhéologie en mode dynamique dans une gamme étendue de concentrations
(0,5 %-15,5 %). La viscosité à gradient nul, le module élastique, le temps terminal de relaxation et
la hauteur du puits à haute fréquence, dans une représentation Cole-Cole du module élastique complexe,
suivent des lois d'échelles. Les exposants correspondants sont discutés dans le contexte de la
physique des "polymères vivants" : un terme utilisé pour décrire des espèces vermiformes subissant
des réactions de scission/recombinaison en compétition principalement avec les mouvements de reptation
des chaînes. Le système constitué de fils moléculaires (17,5 Å de diamètre) de
Cu
2(O
2C-CH(C
2H
5)C
4H
9)
4 dans le solvant apolaire est typique de
"polymères vivants" où le mécanisme de scission réversible prévaut plutôt que les mécanismes
impliquant des noeuds transitoires branchés. La dynamique dans le domaine des hautes fréquences
évolue d'un régime où la reptation est le mécanisme de relaxation dominant vers un régime
intermédiaire où les modes de "respiration" et de Rouse deviennent importants. D'importantes
modifications de la relaxation de contrainte se produisent pour les systèmes concentrés. Le système
binaire est le premier exemple de "polymère vivant" en milieu organique et présente des modules
élastiques (
G
ca. 120 Pa à
= 1 %) qui sont au moins 20 fois plus grands que ceux
des homologues aqueux.
© Les Editions de Physique 1994