Monte Carlo Simulation of the Transformation Control of ABC Triblock Copolymer Micelles from Multicompartment Structure to Multicore Structure

doi:10.7503/cjcu20200612

Abstract

Abstract:

The self-assembly behavior of ABC triblock terpolymers with hydrophobic-hydrophilic-hydrophobic（H-P-H） sequence in selective solvent of B blocks was studied by means of Monte Carlo simulation. The simulation results show that various micelles with different morphologies can be formed by adjusting the hydrophobicity and the incompatibility of A and C blocks. According to the characteristics of hydrophobic core structures in the micelles， these micelles can be generally divided into two types： multicore micelles and multicompartment micelles. By increasing the hydrophobicity of hydrophobic blocks or reducing the incompatibility between A and C blocks， the micelles formed by H-P-H type ABC triblock terpolymers can transform from multicore micelles to multicompartment micelles. Via further investigation on the chain conformations in typical micelles， it is found that there is competition between the hydrophobic interaction and the repulsion between A and C blocks， and this competition is the main factor that determines whether the multicore micelles or the multicompartment micelles can be formed by ABC triblock terpolymers with H-P-H sequence.

Key words: Amphiphilic block copolymer, Multicompartment micelle, Multicore micelle, Hierarchical structure, Monte Carlo simulation

CLC Number:

O631

TrendMD:

FAN Juanjuan, HAN Yuanyuan, CUI Jie. Monte Carlo Simulation of the Transformation Control of ABC Triblock Copolymer Micelles from Multicompartment Structure to Multicore Structure[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(3): 857.

Figures/Tables 8

References 46

1	Discher D. E.， Eisenberg A.， Science， 2002， 297， 967—973
2	Pochan D. J.， Chen Z. Y.， Cui H. G.， Hales K.， Qi K.， Wooley K. L.， Science， 2004， 306， 94—97
3	Fan J. J.， Han Y. Y.， Jiang W.， Chem. J. Chinese Universities， 2011， 32（7）， 1651—1655（樊娟娟，韩媛媛，姜伟. 高等学校化学学报， 2011， 32（7）， 1651—1655）
4	Han Y. Y.， Yu H. Z.， Du H. B.， Jiang W.， J. Am. Chem. Soc.， 2010， 132， 1144—1150
5	Liu F. T.， Eisenberg A.， J. Am. Chem. Soc.， 2003， 125， 15059—15064
6	Xie Y.， Lü Z. Y.， Sun Z. Y.， An L. J.， Chem. J. Chinese Universities， 2013， 34（6）， 1454—1459（谢宇，吕中元，孙昭艳，安立佳. 高等学校化学学报， 2013， 34（6）， 1454—1459）
7	Li B. Y.， Li Y. C.， Lu Z. Y.， Polymer， 2019， 171， 1—7
8	Kataoka K.， Harada A.， Nagasaki Y.， Adv. Drug Deliv. Rev.， 2001， 47， 113—131
9	Guo B.， Sun X. Y.， Zhou Y. F.， Yan D. Y.， Sci. China Ser. B： Chem.， 2010， 53， 487—494
10	Laschewsky A.， Curr. Opin. Colloid Interface Sci.， 2003， 8（3）， 274—281
11	Lutz J. F.， Laschewsky A.， Macromol. Chem. Phys.， 2005， 206（8）， 813—817
12	Li Z. B.， Kesselman E.， Talmon Y.， Hillmyer M. A.， Lodge T. P.， Science， 2004， 306， 98—101
13	Kotzev A.， Laschewsky A.， Rakotoaly R. H.， Macromol. Chem. Phys.， 2001， 202（17）， 3257—3267
14	Kotzev A.， Laschewsky A.， Adriaensens P.，Gelan J.， Macromolecules， 2002， 35（3）， 1091—1101
15	Lutz J. F.， Geffroy S.， Berlepsch H.， Böttcher C.， Garnier S.， Laschewsky A.， Soft Matter， 2007， 3（6）， 694—698
16	Riess G.， Prog. Polym. Sci.， 2003， 28， 1107—1170
17	Yu G.， Eisenberg A.， Macromolecules， 1998， 31， 5546—5549
18	Gröschel A. H.， Schacher F. H.， Schmalz H.， Borisov O. V.， Zhulina E. B.， Walther A.， Müller A. H. E.， Nat. Commun.， 2012， 3， 710
19	Dupont J.， Liu G. J.， Niihara K.， Kimoto R.， Jinnai H.， Angew. Chem. Int. Ed.，2009， 48， 6144—6147
20	Ma Z. W.， Yu H. Z.， Jiang W.， J. Phys. Chem. B， 2009， 113（11）， 3333—3338
21	Kong W. X.， Jiang W.， Zhu Y. T.， Li B. H.， Langmuir， 2012， 28， 11714—11724
22	Zhu Y. T.， Yu H. Z.， Wang Y. M.， Cui J.， Kong W. X.， Jiang W.， Soft Matter， 2012， 8， 4695—4707
23	Zhu Y. T.， Yang X. P.， Kong W. X.， Sheng Y. P.， Yan N.， Soft Matter， 2012， 8， 11156—11162
24	Moughton A. O.， Hillmyer M. A.， Lodge T. P.， Macromolecules， 2012， 45， 2—19
25	Li Z. B.， Hillmyer M. A.， Lodge T. P.， Langmuir， 2006， 22， 9409—9417
26	Kong W. X.， Li B. H.， Jin Q. H.， Ding D. T.， Shi A. C.， J. Am. Chem. Soc.， 2009， 131， 8503—8512
27	Guo Y. Y.， Ma Z. W.， Ding Z. J.， Li R. K. Y.， J. Colloid Interf. Sci.， 2012，379，48—55
28	Cui J.， Jiang W.， Langmuir， 2011， 27， 10141—10147
29	Liu D.， Wang Y. Y.， Sun Y. C.， Han Y.Y.， Cui J.， Jiang W.， Chinese J. Polym. Sci.， 2018， 36， 888—896
30	Ma J. N.， Cui J.， Han Y. Y.， Jiang W.， Sun Y. C.， RSC Adv.， 2015， 5， 86473—86484
31	Cui H. G.， Chen Z. Y.， Zhong S.， Wooley K. L.， Pochan D. J.， Science， 2007， 317， 647—650
32	Wang L. Q.， Lin J. P.， Soft Matter， 2011， 7， 3383—3391
33	Berlepsch H.， Böttcher C.， Skrabania K.， Laschewsky A.， Chem. Commun.， 2009， 2290—2292
34	Skrabania K.， Berlepsch H.， Böttcher C.， Laschewsky A.， Macromolecules， 2010， 43， 271—281
35	Larson R. G.， J. Chem. Phys.， 1988， 89， 1642—1650
36	Larson R. G.， J. Chem. Phys.， 1989， 91， 2479—2488
37	Ji S. C.， Ding J. D.， Langmuir， 2006， 22， 553—559
38	Metropolis N.， Rosenbluth A. W.， Rosenbluth M. N.， Teller A. H.， Teller E.， J. Chem. Phys.， 1953， 21， 1087—1092
39	Li H. H.， Geng K. Y.， Tian F. Y.， Gu. F.， Wang H. J.， Chem. J. Chinese Universities， 2020， 41（5）， 1042—1047（李红红，耿科颖，田芙月，顾芳，王海军. 高等学校化学学报， 2020， 41（5）， 1042—1047）
40	Wang Y. H.， Zou Q. Z.， Zhu Y. L.， Fu C. L.， Huang Y. N.， Li Z. W.， Sun Z. Y.， Chem. J. Chinese Universities， 2019， 40（5）， 1037—1042（王艳辉，邹庆智，朱有亮，付翠柳，黄以能，李占伟，孙昭艳. 高等学校化学学报， 2019， 40（5）， 1037—1042）
41	Hong X. Z.， Gu F.， Li J. T.， Wang H. J.， Chem. J. Chinese Universities， 2014， 35（7）， 1579—1583（洪晓钟，顾芳，李江涛，王海军. 高等学校化学学报， 2014， 35（7）， 1579—1583）
42	Huang Z. H.， Dong B. J.， Cheng P. Y.， Yang Y.， Zhu G. L.， Yan L. T.， Acta Polym. Sinica， 2016，（8）， 979—991（黄子涵，董伯骏，陈鹏宇，杨烨，朱国龙，燕立唐. 高分子学报， 2016，（8）， 979—991）
43	Huh J.， Jo W. H.， Brinke G.， Macromolecules， 2002， 35， 2413—2416
44	Dai X. B.， Chen P. Y.， Zhu G. L.， Xu Z. Y.， Zhang X. H.， Yan L. T.， J. Phys. Chem. Lett.， 2019， 10， 7970—7979
45	Hou C. L.， Zhu G. L.， Dai X. B.， Xu Z. Y.， Chen P. Y.， Zhang X. Y.， Gao L. J.， Yan L. T.， Chem. J. Chinese Universities， 2020， 41（1）， 44—48（侯翠岭，朱国龙，戴晓彬，徐子阳，陈鹏宇，张轩钰，高丽娟，燕立唐. 高等学校化学学报， 2020， 41（1）， 44—48）
46	Rubinstein M.， Colby R. H.， Polymer Physics， Oxford University Press， Oxford， 2003

[1]	CHEN Weiqin, LYU Jiamin, YU Shen, LIU Zhan, LI Xiaoyun, CHEN Lihua, SU Baolian. Preparation of Organic Hybrid Mesoporous Beta Zeolite for Alkylation of Mesitylene with Benzyl Alcohol [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(6): 20220086.
[2]	WANG Yuyao, ZHANG Qiang, YU Jihong. Synthesis of Hierarchical NaX Zeolite and Its CO₂ Adsorption Performance ^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2020, 41(4): 616.
[3]	SHI Xiaoyu, WANG Songmeng, LIU Lingyan, CHANG Weixing, LI Jing. Controllable Synthesis of Amphiphilic Block Copolymer PMnEOS-b-PAA and co-Assembly Morphologies of PMDEOS-b-PAA/PS-b-PAA [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2020, 41(11): 2545.
[4]	JI Yuchun,MAO Wenhui,LIAO Hejie,WANG Jilin,LONG Fei,GU Yunle. Boron Nitride Nanotube-nanosheet Hierarchical Structures andIts Optical/adsorption Properties^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2019, 40(2): 216.
[5]	WANG Qianqian,YIN Luping,GU Fang,WANG Haijun. Monte Carlo Simulation on the Semi-batch Process in the Self-condensing Vinyl Polymerization System in the Presence of Core Initiators ^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2019, 40(10): 2241.
[6]	CUI Yan, ZHANG Kai, CHEN Yixin, SUN Hongchen, HUANG Yang, WANG Dandan. In situ Biomimetic Remineralization of Enamel-like Hierarchical Structures^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2018, 39(6): 1121.
[7]	KONG Xuelin, LU Yun, YE Guichao, LI Daohao, SUN Jin, YANG Dongjiang, YIN Yafang. Nanofibrillated Cellulose Derived Hierarchical Porous Carbon Aerogels: Efficient Anode Material for Lithium Ion Battery^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2017, 38(11): 1941.
[8]	SHI Gang, BAI Huiyu, WANG Likui, SANG Xinxin, YANG Jingguo, NI Caihua, LI Ying. Fabrication of Hierarchical Hemisphere Ag Substrate Using Transfer Imprinting with No Pressure Under Ambient Temperature^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2017, 38(10): 1719.
[9]	WANG Yingying, CUI Jie, HAN Yuanyuan, JIANG Wei, SUN Yingchun. Monte Carlo Simulation on Self-assembly of AB Diblock Copolymers/Nanoparticles Complex Confined in Parallel Walls^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2016, 37(5): 1010.
[10]	ZHANG Fan, WANG Bin, WANG Jiaona, LI Xiuyan, LI Congju. Preparation of Hierarchically Structured AOPAN@Mg(OH)₂ Composite Nanofibrous Membrane and Cr(Ⅵ)-removal Capacity^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2016, 37(11): 2117.
[11]	LIU Dongmei, DAI Lijun, DUAN Xiaozheng, SHI Tongfei, ZHANG Hanzhuang. Monte Carlo Simulation of Interfacial Properties in Homopolymer/Diblock Copolymer/Homopolymer Ternary Polymer Blends^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2015, 36(9): 1752.
[12]	CHANG Peiyang, WANG Yunming, GU Fang, WANG Haijun. Cyclization in Hyperbranched Polymerization System of AB_g Type^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2015, 36(8): 1627.
[13]	LI Sijia, ZHANG Wanxi, YAO Weiguo, SHI Tongfei. Relationship Between Interfacial Dynamics and Chain Entanglement in Confined Polymer Films^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2015, 36(6): 1133.
[14]	LIU Dongmei, DUAN Xiaozheng, SHI Tongfei, JIANG Fang, ZHANG Hanzhuang. Monte Carlo Simulation of Effects of Homopolymer Chain Length on Interfacial Properties of A/AB/B Ternary Polymer Blends^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2015, 36(12): 2532.
[15]	ZHANG Xiao, XIE Yingjuan, MA Peijun, WU Zhijiao, ZHAO Suling, PIAO Lingyu. Photocatalytic Performances for Mixed-phase Hierarchical Structure TiO₂ Prepared by Physical Mixing^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2015, 36(10): 1977.