Structure of polymer layers adsorbed from concentrated solutions

(Received 27 January 1992, accepted in final form 12 March 1992)

Abstract
We study by neutron scattering the interfacial strucuture of poly(dimethylsiloxane) layers irreversibly adsorbed from concentrated solutions or melts. We first measure the thickness h of the layers swollen by a good solvent as a function of the chain polymerisation index N and of the polymer volume fraction in the initial solution . The relation , recently predicted from an analogy between irreversibly adsorbed layers and grafted polymer brushes, describes well our results. We can therefore deduce that there is at least one large loop of about N monomers per adsorbed chain. We also study the shape of the polymer concentration profile in the layers by measuring on two samples the polymer-solid partial structure factor, that is proportional to the Fourier transform of the profile. The model of pseudobrushes predicts a concentration decay varying with the distance of the wall z as z^-2/5. This power law profile accounts quantitatively for the angular variation of the polymer-solid cross structure factor but it is difficult to distinguish it without anbiguity from less singular profiles. It implies that the adsorption of PDMS onto silica is sufficiently strong and fast to quench completely the loop distribution in the initial layer.

Résumé
Nous étudions par diffusion de neutrons la structure interfaciale de couches de poly(diméthylsiloxane) irréversiblement adsorbées sur de la silice à partir de solutions semidiluées et de fondus. Nous mesurons d'abord l'épaisseur h des couches gonflées par un bon solvant en fonction du degré de polymérisation des chaînes N et de la fraction volumique dans la solution initiale . La relation récemment prédite à partir de l'analogie entre couches irréversiblement adsorbées et brosses de polymères greffés décrit bien nos résultats. Nous en déduisons qu'il existe au moins une grande boucle d'environ N monomères par chaîne adsorbée. Nous étudions aussi la forme du profil de concentration en polymère près de la paroi en mesurant sur deux échantillons le facteur de structure partiel polymère-solide qui est proportionnel à la transformée de Fourier du profil. Le modèle de pseudo-brosse prévoit une décroissance de la concentration avec la distance à la paroi z en z^-2/5. Ce profil en loi de puissance rend quantitativement compte de la dépendance angulaire du facteur de structure croisé polymère-solide, mais il est difficile de le distinguer sans ambiguïté de profils moins singuliers. Il implique que l'adsorption du PDMS sur la silice est suffisamment forte et rapide pour geler complètement la structure des boucles dans la couche adsorbée initiale.