Broadband Dielectric Spectroscopy Study of Dynamics of Telechelic Polypropylene Glycol Melts

doi:10.7503/cjcu20240013

Abstract

Abstract:

Excellent polymer electrolytes require a combination of high ionic conductivity and mechanical strengths. An in-depth understanding of the relationship between polymers’ microscopic structure and dynamics and macrosco-pic conductive and mechanical properties is essential for the molecular design of high-performance polymer electrolytes. In the present paper， we selected low temperature of glass transition（T_g） and non-crystalline telechelic polypropylene glycol melts as a model system to investigate the molecular dynamics of associating polymers. Allyl-terminated polypropylene glycols having molecular weights of 1000， 2000 and 4000 were synthesized by chemically modifying the end groups， and the influence of chain-end interaction strength and molecular weight on their multi-scale dyna-mics was investigated using broadband dielectric spectroscopy. The polypropylene glycols with two different end groups exhibit both the α-relaxation associated with the segmental motion and the normal mode relaxation associated with the global motion of the chain. End group interactions influence both two relaxations； stronger interactions lead to longer relaxation time at the same temperature. This effect becomes more pronounced for the lower-molecular-weight samples， because the motion has been suppressed for the denser end groups therein. The generalized entropy theory was utilized to study the glass formation of telechelic polymer melts having variable sticky interaction strength and molecular mass， and theoretical predictions were shown to be in qualitative agreement with experimental results. These dynamic details can be used in guiding the molecular design of polymer electrolytes.

Key words: Telechelic polymer, Glass formation, Dielectric spectroscopy, Entropy theory

CLC Number:

O631.2

TrendMD:

BAI Rong, LI Shangwei, CHEN Quan, SUN Zhaoyan, XU Wensheng. Broadband Dielectric Spectroscopy Study of Dynamics of Telechelic Polypropylene Glycol Melts[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2024, 45(6): 20240013.

Figures/Tables 11

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Sample	Segmental（α） relaxation				NM relaxation
Sample	lg［τ₀（s）］	D	T₀/K	m	lg［τ₀（s）］	D	T₀/K	m
1k⁃PPG⁃OH	-11.2	4.5	174	102	-12.1	7.7	161	63
2k⁃PPG⁃OH	-12.0	5.0	174	103	-11.5	9.4	155	58
4k⁃PPG⁃OH	-11.8	4.6	176	109	-10.0	6.6	166	63
1k⁃PPG⁃C=C	-18.2	16.6	136	77	-11.7	8.9	142	63
2k⁃PPG⁃C=C	-14.4	8.8	156	87	-11.9	10.5	146	56
4k⁃PPG⁃C=C	-13.9	7.6	162	93	-9.8	6.0	163	65

Sample	Segmental（α） relaxation				NM relaxation
Sample	lg［τ₀（s）］	D	T₀/K	m	lg［τ₀（s）］	D	T₀/K	m
1k⁃PPG⁃OH	-11.2	4.5	174	102	-12.1	7.7	161	63
2k⁃PPG⁃OH	-12.0	5.0	174	103	-11.5	9.4	155	58
4k⁃PPG⁃OH	-11.8	4.6	176	109	-10.0	6.6	166	63
1k⁃PPG⁃C=C	-18.2	16.6	136	77	-11.7	8.9	142	63
2k⁃PPG⁃C=C	-14.4	8.8	156	87	-11.9	10.5	146	56
4k⁃PPG⁃C=C	-13.9	7.6	162	93	-9.8	6.0	163	65

Sample	M_n	T_g，cal/K	T_g，diel/K
1k⁃PPG⁃OH	1000	204.4	199.8
2k⁃PPG⁃OH	2000	206.3	200.9
4k⁃PPG⁃OH	4000	206.3	201.7
1k⁃PPG⁃C=C	1080	—	184.3
2k⁃PPG⁃C=C	2080	195.9	191.8
4k⁃PPG⁃C=C	4080	199.8	195.4

Sample	M_n	T_g，cal/K	T_g，diel/K
1k⁃PPG⁃OH	1000	204.4	199.8
2k⁃PPG⁃OH	2000	206.3	200.9
4k⁃PPG⁃OH	4000	206.3	201.7
1k⁃PPG⁃C=C	1080	—	184.3
2k⁃PPG⁃C=C	2080	195.9	191.8
4k⁃PPG⁃C=C	4080	199.8	195.4