Liquid state theory of thermally driven segregation of conformationally asymmetric diblock copolymer melts

Macromolecules

Volumn 30, Issue 17, 1997, Pages 5118-5132

  David, Edwin F ^a,b   Schweizer, Kenneth S ^a  

^a University of Illinois at Urbana Champaign   (United States)

^b BROWN UNIVERSITY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

BLOCK COPOLYMERS; COMPOSITION EFFECTS; CONFORMATIONS; ENTHALPY; ENTROPY; MATHEMATICAL MODELS; MOLECULAR STRUCTURE; PHASE INTERFACES; PHASE SEPARATION; SOLUBILITY; THERMAL EFFECTS; VAN DER WAALS FORCES;

MICROPHASE SPINODAL BOUNDARIES; POLYMER REFERENCE INTERACTION SITE MODEL (PRISM) THEORY; THERMALLY INDUCED PACKING CORRELATIONS;

POLYMER BLENDS;

EID: 0031213135     PISSN: 00249297     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ma970202o     Document Type: Article

References (95)

1. Bates, F. S.; Schultz, M. F.; Rosedale, J. H. Macromolecules 1992, 25, 5547.
2. Walsh, D. J.; Graessley, W. W.; Datta, S.; Lohse, D. J; Fetters, L. J. Macromolecules 1992, 25, 5236. Graessley, W. W.; Krishnamoorti, R.; Balsara, N. P.; Fetters, L. J.; Lohse, D. J.; Schultz, D. N.; Sissano, J. A. Macromolecules 1994, 27, 2574. Graessley, W. W; Krishnamoorti, R.; Balsara, N. P.; Butera, R. J.; Fetters, L. J.; Lohse, D. J.; Schultz, D. N.; Sissano, J. A. Macromolecules 1994, 27, 3896. Krishnamoorti, R.; Graessley, W. W.; Dee, G. T.; Walsh, D. J.; Fetters, L. J.; Lohse, D. J. Macromolecules 1996, 29, 367.
3. Walsh, D. J.; Graessley, W. W.; Datta, S.; Lohse, D. J; Fetters, L. J. Macromolecules 1992, 25, 5236. Graessley, W. W.; Krishnamoorti, R.; Balsara, N. P.; Fetters, L. J.; Lohse, D. J.; Schultz, D. N.; Sissano, J. A. Macromolecules 1994, 27, 2574. Graessley, W. W; Krishnamoorti, R.; Balsara, N. P.; Butera, R. J.; Fetters, L. J.; Lohse, D. J.; Schultz, D. N.; Sissano, J. A. Macromolecules 1994, 27, 3896. Krishnamoorti, R.; Graessley, W. W.; Dee, G. T.; Walsh, D. J.; Fetters, L. J.; Lohse, D. J. Macromolecules 1996, 29, 367.
4. Walsh, D. J.; Graessley, W. W.; Datta, S.; Lohse, D. J; Fetters, L. J. Macromolecules 1992, 25, 5236. Graessley, W. W.; Krishnamoorti, R.; Balsara, N. P.; Fetters, L. J.; Lohse, D. J.; Schultz, D. N.; Sissano, J. A. Macromolecules 1994, 27, 2574. Graessley, W. W; Krishnamoorti, R.; Balsara, N. P.; Butera, R. J.; Fetters, L. J.; Lohse, D. J.; Schultz, D. N.; Sissano, J. A. Macromolecules 1994, 27, 3896. Krishnamoorti, R.; Graessley, W. W.; Dee, G. T.; Walsh, D. J.; Fetters, L. J.; Lohse, D. J. Macromolecules 1996, 29, 367.
5. Walsh, D. J.; Graessley, W. W.; Datta, S.; Lohse, D. J; Fetters, L. J. Macromolecules 1992, 25, 5236. Graessley, W. W.; Krishnamoorti, R.; Balsara, N. P.; Fetters, L. J.; Lohse, D. J.; Schultz, D. N.; Sissano, J. A. Macromolecules 1994, 27, 2574. Graessley, W. W; Krishnamoorti, R.; Balsara, N. P.; Butera, R. J.; Fetters, L. J.; Lohse, D. J.; Schultz, D. N.; Sissano, J. A. Macromolecules 1994, 27, 3896. Krishnamoorti, R.; Graessley, W. W.; Dee, G. T.; Walsh, D. J.; Fetters, L. J.; Lohse, D. J. Macromolecules 1996, 29, 367.
6. Rhee, J.; Crist, B. Macromolecules 1991, 24, 5663. Graessley, W. W.; Krishnamoorti, R.; Balsara, N. P.; Fetters, L. J.; Lohse, D. J.; Schultz, D. N.; Sissano, J. A. Macromolecules 1994, 27, 3073. Crist, B.; Hill, M. J. J. Polym. Sci., Polym. Phys. in press.
7. Rhee, J.; Crist, B. Macromolecules 1991, 24, 5663. Graessley, W. W.; Krishnamoorti, R.; Balsara, N. P.; Fetters, L. J.; Lohse, D. J.; Schultz, D. N.; Sissano, J. A. Macromolecules 1994, 27, 3073. Crist, B.; Hill, M. J. J. Polym. Sci., Polym. Phys. in press.
8. Rhee, J.; Crist, B. Macromolecules 1991, 24, 5663. Graessley, W. W.; Krishnamoorti, R.; Balsara, N. P.; Fetters, L. J.; Lohse, D. J.; Schultz, D. N.; Sissano, J. A. Macromolecules 1994, 27, 3073. Crist, B.; Hill, M. J. J. Polym. Sci., Polym. Phys. in press.
9. Gehlsen, M. D.; Bates, F. S. Macromolecules 1994, 27, 3611.
10. Rosedale, J. H.; Bates, F. S.; Almdal, K.; Mortensen, K.; Wignall, G. D. Macromolecules 1995, 28, 1429.
11. Bates, F. S.; Fredrickson, G. H. Annu. Rev. Phys. Chem. 1990, 41, 525.
12. Bates, F. S. Science 1991, 251, 898.
13. Leibler, L. Macromolecules 1980, 13, 1602.
14. Helfand, E. J. Chem. Phys. 1975, 62, 999.
15. For a review, see: Matsen, E.; Bates, F. S. Macromolecules 1996, 29, 2092.
16. Fredrickson, G. H.; Helfand, E. J. Chem. Phys. 1987, 87, 697.
17. Brazovskii, S. A. Sov. Phys. JETP (Engl. Transl.) 1975, 41, 85.
18. Barrat, J.; Fredrickson, G. H. J. Chem. Phys. 1991, 95, 1281.
19. Vilgis, T. A.; Borsali, R. Macromolecules 1990, 23, 3172.
20. Olvera de la Cruz, M. Phys. Rev. Lett. 1991, 67, 85. Mayes, A. M.; Olvera de la Cruz, M. Macromolecules 1991, 24, 3975. Mayes, A. M.; Olvera de la Cruz, M. J. Chem. Phys. 1991, 95, 4670.
21. Olvera de la Cruz, M. Phys. Rev. Lett. 1991, 67, 85. Mayes, A. M.; Olvera de la Cruz, M. Macromolecules 1991, 24, 3975. Mayes, A. M.; Olvera de la Cruz, M. J. Chem. Phys. 1991, 95, 4670.
22. Olvera de la Cruz, M. Phys. Rev. Lett. 1991, 67, 85. Mayes, A. M.; Olvera de la Cruz, M. Macromolecules 1991, 24, 3975. Mayes, A. M.; Olvera de la Cruz, M. J. Chem. Phys. 1991, 95, 4670.
23. Stepanow, S. Macromolecules 1995, 28, 8233.
24. Melenkevitz, J.; Muthukumar, M. Macromolecules 1991, 24, 4199.
25. Lescanec, R. L.; Muthukumar, M. Macromolecules 1993, 26, 3908.
26. Freed, K. F.; Dudowicz, J. J. Chem. Phys. 1992, 97, 2105.
27. Dudowicz, J.; Freed, K. F. Macromolecules 1993, 26, 213.
28. Dudowicz, J.; Freed, K. F. J. Chem. Phys. 1993, 99, 4804.
29. Dudowicz, J.; Freed, K. F. J. Chem. Phys. 1994, 100, 4653.
30. David, E. F.; Schweizer, K. S. J. Chem. Phys. 1994, 100, 7767, 7784.
31. Schweizer, K. S. Macromolecules 1993, 26, 6033, 6050.
32. Hołyst, R.; Schick, M. J. Chem. Phys. 1991, 96, 730.
33. Liu, A. J.; Fredrickson, G. H. Macromolecules 1992, 25, 5551.
34. Singh, C.; Goulian, M.; Liu, A. J.; Fredrickson, G. H. Macromolecules 1994, 27, 2974.
35. Fredrickson, G. H.; Liu, A. J.; Bates, F. S. Macromolecules 1994, 27, 2503.
36. Bates, F. S.; Fredrickson, G. H. Macromolecules 1994, 27, 1065.
37. Fredrickson, G. H.; Liu, A. J. J. Polym. Sci., Polym. Phys. 1995, 33, 1203.
38. Matsen, M. W.; Schick, M. Macromolecules 1994, 27, 4014.
39. Schweizer, K. S.; Singh, C. Macromolecules 1995, 28, 2063.
40. David, E. F.; Schweizer, K. S. Macromolecules 1995, 28, 3980.
41. Singh, C.; Schweizer, K. S. J. Chem. Phys. 1995, 103, 5814.
42. Dudowicz, J.; Freed, K. F. Macromolecules 1996, 29, 625.
43. Rajasekaran, J. J.; Curro, J. G.; Honeycutt, J. D. Macromolecules 1995, 28, 6843.
44. Singh, C.; Schweizer, K. S. Macromolecules 1995, 28, 8692. Singh, C.; Schweizer, K. S. Macromolecules 1997, 30, 1490.
45. Singh, C.; Schweizer, K. S. Macromolecules 1995, 28, 8692. Singh, C.; Schweizer, K. S. Macromolecules 1997, 30, 1490.
46. Weinhold, J.; Kumar, S.; Singh, C.; Schweizer, K. S. J. Chem. Phys. 1995, 103, 9460.
47. Kumar, S.; Weinhold, J. Phys. Rev. Lett. 1996, 77, 1512.
48. Grest, G. S. Private communication.
49. Micka, U.; Binder, K. Macromol. Theory Simul. 1995, 4, 419.
50. Chandler, D. In Studies in Statistical Mechanics VIII; Montroll, E. W., Lebowitz, J. L., Eds.; North-Holland: Amsterdam, 1982; pp 275-340.
51. Schweizer, K. S.; Curro, J. G. Phys. Rev. Lett. 1987, 58, 246. Curro, J. G.; Schweizer, K. S. J. Chem. Phys. 1987, 87, 1842. Schweizer, K. S.; Curro, J. G. Macromolecules 1988, 21, 3070.
52. Schweizer, K. S.; Curro, J. G. Phys. Rev. Lett. 1987, 58, 246. Curro, J. G.; Schweizer, K. S. J. Chem. Phys. 1987, 87, 1842. Schweizer, K. S.; Curro, J. G. Macromolecules 1988, 21, 3070.
53. Schweizer, K. S.; Curro, J. G. Phys. Rev. Lett. 1987, 58, 246. Curro, J. G.; Schweizer, K. S. J. Chem. Phys. 1987, 87, 1842. Schweizer, K. S.; Curro, J. G. Macromolecules 1988, 21, 3070.
54. For reviews, see: Schweizer, K. S.; Curro, J. G. Adv. Polym. Sci. 1994, 116, 319. Schweizer, K. S.; Curro, J. G. Adv. Chem. Phys. 1997, vol. 98 p 1.
55. For reviews, see: Schweizer, K. S.; Curro, J. G. Adv. Polym. Sci. 1994, 116, 319. Schweizer, K. S.; Curro, J. G. Adv. Chem. Phys. 1997, vol. 98 p 1.
56. This need not be done. For treatments of the inter- and intramolecular self-consistency problem in the homopolymer context, see ref 40. See ref 41 for the case of diblock copolymers.
57. Schweizer, K. S.; Honnell, K. G.; Curro, J. G. J. Chem. Phys. 1992, 96, 3211. Melenkevitz, J.; Curro, J. G.; Schweizer, K. S. J. Chem. Phys. 1993, 99, 5571. Melenkevitz, J.; Schweizer, K. S.; Curro, J. G. Macromolecules 1993, 26, 6190. Grayce, C. J.; Schweizer, K. S. J. Chem. Phys. 1994, 100, 6846. Grayce, C. J.; Yethiraj, A.; Schweizer, K. S. J. Chem. Phys. 1994, 100, 6857.
58. Schweizer, K. S.; Honnell, K. G.; Curro, J. G. J. Chem. Phys. 1992, 96, 3211. Melenkevitz, J.; Curro, J. G.; Schweizer, K. S. J. Chem. Phys. 1993, 99, 5571. Melenkevitz, J.; Schweizer, K. S.; Curro, J. G. Macromolecules 1993, 26, 6190. Grayce, C. J.; Schweizer, K. S. J. Chem. Phys. 1994, 100, 6846. Grayce, C. J.; Yethiraj, A.; Schweizer, K. S. J. Chem. Phys. 1994, 100, 6857.
59. Schweizer, K. S.; Honnell, K. G.; Curro, J. G. J. Chem. Phys. 1992, 96, 3211. Melenkevitz, J.; Curro, J. G.; Schweizer, K. S. J. Chem. Phys. 1993, 99, 5571. Melenkevitz, J.; Schweizer, K. S.; Curro, J. G. Macromolecules 1993, 26, 6190. Grayce, C. J.; Schweizer, K. S. J. Chem. Phys. 1994, 100, 6846. Grayce, C. J.; Yethiraj, A.; Schweizer, K. S. J. Chem. Phys. 1994, 100, 6857.
60. Schweizer, K. S.; Honnell, K. G.; Curro, J. G. J. Chem. Phys. 1992, 96, 3211. Melenkevitz, J.; Curro, J. G.; Schweizer, K. S. J. Chem. Phys. 1993, 99, 5571. Melenkevitz, J.; Schweizer, K. S.; Curro, J. G. Macromolecules 1993, 26, 6190. Grayce, C. J.; Schweizer, K. S. J. Chem. Phys. 1994, 100, 6846. Grayce, C. J.; Yethiraj, A.; Schweizer, K. S. J. Chem. Phys. 1994, 100, 6857.
61. Schweizer, K. S.; Honnell, K. G.; Curro, J. G. J. Chem. Phys. 1992, 96, 3211. Melenkevitz, J.; Curro, J. G.; Schweizer, K. S. J. Chem. Phys. 1993, 99, 5571. Melenkevitz, J.; Schweizer, K. S.; Curro, J. G. Macromolecules 1993, 26, 6190. Grayce, C. J.; Schweizer, K. S. J. Chem. Phys. 1994, 100, 6846. Grayce, C. J.; Yethiraj, A.; Schweizer, K. S. J. Chem. Phys. 1994, 100, 6857.
62. David, E. F.; Schweizer, K. S. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1995, 91, 2411.
63. Yethiraj, A.; Schweizer, K. S. J. Chem. Phys. 1992, 97, 5927.
64. Schweizer, K. S.; Yethiraj, A. J. Chem. Phys. 1993, 98, 9053. Yethiraj, A.; Schweizer, K. S. J. Chem. Phys. 1993, 98, 9080.
65. Schweizer, K. S.; Yethiraj, A. J. Chem. Phys. 1993, 98, 9053. Yethiraj, A.; Schweizer, K. S. J. Chem. Phys. 1993, 98, 9080.
66. Hansen, J. P.; McDonald, I. R. Theory of Simple Liquids; Academic Press: London, 1986.
67. Schweizer, K. S.; David, E. F.; Singh, C.; Curro, J. G.; Rajasekaran, J. J. Macromolecules 1995, 28, 1528.
68. Curro, J. G. Macromolecules 1994, 27, 4665.
69. Honnell, K. G.; Curro, J. G.; Schweizer, K. S. Macromolecules 1990, 23, 3496.
70. Experiments generally find that the actual ODT temperature is lower than the extrapolated spinodal value. See, for example, ref 5.
71. Guenza, M.; Schweizer, K. S. J. Chem. Phys. 1997, 106, 7391. Guenza, M.; Schweizer, K. S. Macromolecules 1997, 30, 4205.
72. Guenza, M.; Schweizer, K. S. J. Chem. Phys. 1997, 106, 7391. Guenza, M.; Schweizer, K. S. Macromolecules 1997, 30, 4205.
73. Curro, J. G.; Schweizer, K. S. Macromolecules 1990, 23, 1402.
74. We note that even within the analytical thread model, the (linearized) R-MPY theory predicts a destruction of k ≠ 0 spinodal instabilities. This expression is the asymmetric copolymer analog to the HTA or extrapolated part of the full fluctuation expression discussed in ref 20.
75. 2 as done in this work.
76. McCoy, J. D.; Mateas, S.; Zorlu, M.; Curro, J. G. J. Chem. Phys. 1995, 102, 8635. Han, J.; Boyd, R. H. Macromolecules 1994, 27, 5365. Toxvaerd, S. J. Chem. Phys. 1990, 93, 4290. Paul, W.; Yoon, D. Y.; Smith, G. D. J. Chem. Phys. 1995, 103, 1702.
77. McCoy, J. D.; Mateas, S.; Zorlu, M.; Curro, J. G. J. Chem. Phys. 1995, 102, 8635. Han, J.; Boyd, R. H. Macromolecules 1994, 27, 5365. Toxvaerd, S. J. Chem. Phys. 1990, 93, 4290. Paul, W.; Yoon, D. Y.; Smith, G. D. J. Chem. Phys. 1995, 103, 1702.
78. McCoy, J. D.; Mateas, S.; Zorlu, M.; Curro, J. G. J. Chem. Phys. 1995, 102, 8635. Han, J.; Boyd, R. H. Macromolecules 1994, 27, 5365. Toxvaerd, S. J. Chem. Phys. 1990, 93, 4290. Paul, W.; Yoon, D. Y.; Smith, G. D. J. Chem. Phys. 1995, 103, 1702.
79. McCoy, J. D.; Mateas, S.; Zorlu, M.; Curro, J. G. J. Chem. Phys. 1995, 102, 8635. Han, J.; Boyd, R. H. Macromolecules 1994, 27, 5365. Toxvaerd, S. J. Chem. Phys. 1990, 93, 4290. Paul, W.; Yoon, D. Y.; Smith, G. D. J. Chem. Phys. 1995, 103, 1702.
80. Singh, C.; Schweizer, K. S.; Yethiraj, A. J. Chem. Phys. 1995, 102, 2187.
81. AB(k)]/4.
82. It is important to note that these effective composition variables differ from the one-body composition fields usually discussed in the context of block copolymer field theories. The quantities of eq 6.2 are related to two-point intermolecular distribution functions and describe the composition associated with different chains in a given region of space about a reference site on a tagged chain.
83. Quan, X.; Johnson, G. E.; Anderson, E. W.; Bates, F. S. Macromolecules 1989, 22, 2451.
84. Alig, I.; Kremer, F.; Fytas, G.; Roovers, J. Macromolecules 1992, 25, 5277.
85. Stühn, B.; Stickel, F. Macromolecules 1992, 25, 5306.
86. Fytas, G.; Anastasiadis, S. H.; Karatasos, K.; Hadjichristidis, N. Phys. Scr. 1993, T49A, 237.
87. Chung, G.-C.; Kornfield, J. A. Macromolecules 1994, 27, 964.
88. Kolbet, K.; Schweizer, K. S. Unpublished work.
89. Liu, Z.; Kobayashi, K.; Lodge, T. J. Polym. Sci., Polym. Phys., submitted for publication, 1996.
90. Holyst, R.; Vilgis, T. A. J. Chem. Phys. 1993, 99, 4835.
91. See, for example: Fried, H.; Binder, K. J. Chem. Phys. 1991, 94, 8349. Weyersburg, A.; Vilgis; T. A. Phys. Rev. E. 1993, 48, 377. Binder, K.; Fried H. Macromolecules 1993, 26, 6878. Hofferman, A.; Sommer, J.-U.; Blumen, A. J. Chem. Phys. 1997, 106, 6709.
92. See, for example: Fried, H.; Binder, K. J. Chem. Phys. 1991, 94, 8349. Weyersburg, A.; Vilgis; T. A. Phys. Rev. E. 1993, 48, 377. Binder, K.; Fried H. Macromolecules 1993, 26, 6878. Hofferman, A.; Sommer, J.-U.; Blumen, A. J. Chem. Phys. 1997, 106, 6709.
93. See, for example: Fried, H.; Binder, K. J. Chem. Phys. 1991, 94, 8349. Weyersburg, A.; Vilgis; T. A. Phys. Rev. E. 1993, 48, 377. Binder, K.; Fried H. Macromolecules 1993, 26, 6878. Hofferman, A.; Sommer, J.-U.; Blumen, A. J. Chem. Phys. 1997, 106, 6709.
94. See, for example: Fried, H.; Binder, K. J. Chem. Phys. 1991, 94, 8349. Weyersburg, A.; Vilgis; T. A. Phys. Rev. E. 1993, 48, 377. Binder, K.; Fried H. Macromolecules 1993, 26, 6878. Hofferman, A.; Sommer, J.-U.; Blumen, A. J. Chem. Phys. 1997, 106, 6709.
95. Bartels, V. T.; Stamm, M.; Abetz, V.; Mortensen, K. Europhys. Lett. 1995, 31, 81.