Dynamics and mixing in the Upper Ocean Layer

S'estudia la resposta de la capa de barreja oceànica al forçament atmosfèric considerant dades obtingudes durant 12 dies d'abril del 2001 a 42 estacions a través de l'Atlàntic nord seguint aproximadament la latitud de 53ºN. Aquestes dades inclouen, a més de variables atmosfèriques, mesures de CTD, velocitats amb ADCP i dades de microestructura obtingudes amb un perfilador de caiguda lliure. En aquest últim cas, s'han desenvolupat tècniques de processament de les dades que també es presenten aquí. El transsecte estudiat segueix la posició climatològica del rotacional mitjà anual del vent igual a zero i travessa el corrent del Labrador i algunes branques i meandres del Corrent Atlàntic Nord. El forçament atmosfèric es va caracteritzar per vents intensos i fluxos superficials de calor negatius, tot i que, tal com es dedueix de la comparació del gruix de la capa de barreja amb la longitud de Monin-Obukov, la barreja induïda pel vent va dominar sobre la convectiva durant tot el transsecte.

Noves aproximacions a la síntesi i caracterització de poliglicols al·lílics, polihidrosiloxans i surfactants copolimèrics. Avaluació d'aquests surfactants en formulacions de poliuretà

Els polímers són una sèrie de compostos que troben un ampli ventall d'aplicacions en la indústria actual. Un exemple són les espumes de poliuretà, estructures de tipus cel·lular obtingudes mitjançant la reacció química entre compostos de tipus isocianat i compostos de tipus poliol (polièters amb diferent nombre de grups hidroxil). És imprescindible l'ús d'additius d'estructura tensioactiva (surfactants de silicona) per estabilitzar el procés d'espumació i per proporcionar una estructura cel·lular ordenada i homogènia en mida i distribució. La síntesis i caracterització de les molècules precursores (polihidrosiloxans i polièters al·lílics), l'estudi de la reacció d'hidrosililació com a via d'obtenció dels diferents surfactants per reacció d'addició entre els polihidrosiloxans i els polièters al·lílics i la caracterització i avaluació en formulacions comercials de poliuretà dels surfactants sintetitzats han constituït els objectius del present treball. MEMÒRIA La Tesi Doctoral ha estat presentada seguint el següent esquema: CAPÍTOL I. INTRODUCCIÓ A LA QUÍMICA DEL POLIURETÀ. Es presenten els principis de la química del poliuretà, fent esment dels recents avenços en la síntesis i caracterització d'aquests compostos polimèrics, així com un apartat concret centrat en els surfactants de silicona. Es presenten les estructures habituals d'aquests compostos comercials i es detallen les reaccions de síntesi i les característiques físiques que aquests compostos proporcionen a les espumes de poliuretà. CAPÍTOL II. OBJECTIUS. 1.- Síntesis y caracterització d'una àmplia gamma de poliglicols al·lílics i de polihidrosiloxans amb grups hidrur reactius, ambdós precursors d'estructures polimèriques de tipus surfactant. 2.- Estudi de la reacció d'hidrosililació com a via de formació d'enllaços Si-C no hidrolitzables, mitjançant la reacció d'addició entre els substrats al·lílics insaturats i els polisiloxans amb grups hidrur reactius. 3.- Caracterització de les estructures polimèriques de tipus surfactant sintetitzades i avaluació d'aquestes en formulacions de poliuretà, a fi de relacionar l'estructura química d'aquests oligómers amb els efectes físics que originen en l'espuma de poliuretà. CAPÍTOL III. SÍNTESI I CARACTERITZACIÓ DE SUBSTRATS AL·LÍLICS INSATURATS DE TIPUS POLIGLICOL. S'han caracteritzat per HPLC-UV una sèrie de polietilenglicols comercials. S'ha estudiat la reacció de derivatització al·lílica sobre els grups hidroxil dels polièters comercials (PEG, PPG i copolímers PEG-PPG) i s'han caracteritzat exhaustivament els productes sintetitzats (1H,13C-RMN, GC, GC-MS, FTIR, ESI-MS, HPLC-UV). S'ha iniciat un estudi de polimerització aniònica sobre nous epòxids amb un punt de diversitat molecular, sintetitzant-se i caracteritzant-se els corresponents nous polièters obtinguts. CAPÍTOL IV. SÍNTESI I CARACTERITZACIÓ DE POLIHIDROSILOXANS REACTIUS. S'estudia la síntesis de polihidrosiloxans amb grups hidrur reactius, mitjançant la reacció de polimerització aniònica d'obertura d'anell ("AROP, anionic ring opening polimerization") i mitjançant la reacció de polimerització per equilibració catiònica. Es presenta una caracterització exhaustiva dels productes sintetitzats i es descriu la naturalesa de la microestructura polimèrica a partir de la distribució bivariant dels copolímers PDMS-co-PHMS (poli(dimetilsiloxà)-co-poli(hidrometilsiloxà)). CAPÍTOL V. ESTUDI SISTEMÀTIC DE LA REACCIÓ D'HIDROSILILACIÓ. S'ha estudiat la reacció d'hidrosililació amb la finalitat de sintetitzar estructures copolimèriques poliglicol-polisiloxà a partir de la reacció de polisiloxans hidrur reactius i polièters al·lílics. S'han provat diferents catalitzadors (Pt/C 5%, cat. de Speier i cat. de Karstedt), s'han sintetitzat diferents estructures tensoactives (lineals i ramificades) i s'ha modelitzat les diferents reaccions secundàries observades, per presentar un estudi mecanístic de la reacció d'hidrosililació aplicada a la síntesis de molècules d'elevat PM a partir de la reacció entre substrats al·lílics insaturats i polihidrosiloxans. CAPÍTOL VI. AVALUACIÓ DELS SURFACTANTS EN FORMULACIONS DE POLIURETÀ. S'ha estudiat la idoneïtat dels surfactants de silicona sintetitzats en diferents formulacions de poliuretà comercials. S'ha relacionat el comportament físic d'aquests surfactants en les espumes de poliuretà amb la seva estructura química a partir de l'anàlisi per microscòpia electrònica de rastreig. CAPÍTOL VII. CONCLUSIONS. S'han esposat les conclusions extretes de cada capítol.

Variation in dynamic elastic shear modulus of sandstone upon fluid saturation and substitution

Experimental acoustic measurements on sandstone rocks at both sonic and ultrasonic frequencies show that fluid saturation can cause a noticeable change in both the dynamic bulk and shear elastic moduli of sandstones. We observed that the change in dynamic shear modulus upon fluid saturation is highly dependent on the type of saturant, its viscosity, rock microstructure, and applied pressures. Frequency dispersion has some influence on dynamic elastic moduli too, but its effect is limited to the ultrasonic frequency ranges and above. We propose that viscous coupling, reduction in free surface energy, and, to a limited extent, frequency dispersion due to both local and global flow are the main mechanisms responsible for the change in dynamic shear elastic modulus upon fluid saturation and substitution, and we quantify influences.

Monte Carlo phase diagram for diblock copolymer melts

A partial phase diagram is constructed for diblock copolymer melts using lattice-based Monte Carlo simulations. This is done by locating the order-disorder transition (ODT) with the aid of a recently proposed order parameter and identifying the ordered phase over a wide range of copolymer compositions (0.2 <= f <= 0.8). Consistent with experiments, the disordered phase is found to exhibit direct first-order transitions to each of the ordered morphologies. This includes the spontaneous formation of a perforated-lamellar phase, which presumably forms in place of the gyroid morphology due to finite-size and/or nonequilibrium effects. Also included in our study is a detailed examination of disordered cylinder-forming (f=0.3) diblock copolymers, revealing a substantial degree of pretransitional chain stretching and short-range order that set in well before the ODT, as observed previously in analogous studies on lamellar-forming (f=0.5) molecules. (c) 2006 American Institute of Physics.

Undulation instability in block-copolymer lamellae subjected to a perpendicular electric field

We examine the stability of lamellar stacks in the presence of an electric field, E-0, applied normal to the lamellae. Calculations are performed with self-consistent field theory (SCFT) supplemented by an exact treatment of the electrostatic energy for linear dielectric materials. The calculations identify a critical electric field, E-0*, beyond which the lamellar stack becomes unstable with respect to undulations. This E-0* rapidly decreases towards zero as the number of lamellae in the stack diverges. Our quantitative predictions for E-0* are consistent with previous experimental measurements by Xu and co-workers.

On the time for fold surfaces to order during the crystallization of polyethylene from the melt and its dependence on molecular parameters

New experiments underpin the interpretation of the basic division in crystallization behaviour of polyethylene in terms of whether or not there is time for the fold surface to order before the next molecular layer is added at the growth front. For typical growth rates, in Regime 11, polyethylene lamellae form with disordered {001} fold surfaces then transform, with lamellar thickening and twisting, towards the more-ordered condition found for slower crystallization in Regime 1, in which lamellae form with and retain {201} fold surfaces. Several linear and linear-low-density polyethylenes have been used to show that, for the same polymer crystallized alone or in a blend, the growth rate at which the change in initial lamellar condition occurs is reasonably constant thereby supporting the concept of a specific time for surfaces to attain the ordered {201}) state. This specific time, in the range from milliseconds to seconds, increases with molecular length, and in linear-low-density polymer, for higher branch contents. (c) 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Linear nucleation of polymers

The use of high-melting fibres as linear nuclei for quiescent polymeric melts is instrumental in providing the superior mechanical properties of polymeric self-composites. It also has inherent advantages in the elucidation of fundamental aspects of polymeric crystallization and self-organization, not least in allowing systematic microscopic studies of polymeric crystallization from nucleation through to the growth interface. This has demonstrated explicitly that lamellae develop in two distinct ways, for slower and faster growth, depending on whether fold packing has or has not time to order before the next molecular layer is added with only the former leading to banded growth in linear polyethylene. Other gains in understanding concern cellulation and morphological instability, internuclear interference, isothermal lamellar thickening and banded growth being a consequence of the partial relief of initial surface stress. (c) 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Monte Carlo phase diagram for diblock copolymer melts

The phase diagram for diblock copolymer melts is evaluated from lattice-based Monte Carlo simulations using parallel tempering, improving upon earlier simulations that used sequential temperature scans. This new approach locates the order-disorder transition (ODT) far more accurately by the occurrence of a sharp spike in the heat capacity. The present study also performs a more thorough investigation of finite-size effects, which reveals that the gyroid (G) morphology spontaneously forms in place of the perforated-lamellar (PL) phase identified in the earlier study. Nevertheless, there still remains a small region where the PL phase appears to be stable. Interestingly, the lamellar (L) phase next to this region exhibits a small population of transient perforations, which may explain previous scattering experiments suggesting a modulated-lamellar (ML) phase.

Structural diversity in supramolecular architectures of Mn(II) through non-covalent interactions

Two mononuclear complexes of manganese(II), [Mn(OCN)(2)(phen)(2)] 1 and [Mn(NCO)(2)(bpy)(2)] 2 [1,10-phenanthroline (phen); 2,2'-bipyridine (bpy)], have been synthesized and characterized by single crystal X-ray analysis, infra-red spectroscopy and magnetic studies. The coordination structure of complex 2 is already reported. The cyanate anions are pendent in both the complexes. In 1, cyanate anion links manganese(II) through O-atom, whereas in 2 it coordinates through N-atom. The mononuclear fragments of 1 are built up to a supramolecular lamellar 3D architecture by pi-pi interactions only. On the other hand, mononuclear fragments of 2 are assembled to a 2D supramolecular brick-wall architecture by C-H-... pi interactions.

Crystallization in poly(L-lactide)-b-poly(epsilon-caprolactone) double crystalline diblock copolymers: a study using X-ray scattering, differential scanning calorimetry, and polarized optical microscopy

The crystallization of well-defined poly(L-lactide)-b-poly(epsilon-caprolactone) diblock copolymers, PLLA-b-PCL, was investigated by time-resolved X-ray techniques, polarized optical microscopy (POM), and differential scanning calorimetry (DSC). Two compositions were studied that contained 44 and 60 wt % poly(L-lactide), PLLA (they are referred to as (L44C5614)-C-11 and (L60C409)-C-12, respectively, with the molecular weight of each block in kg/mol as superscript). The copolymers were found to be initially miscible in the melt according to small-angle X-ray scattering measurements (SAXS). Their thermal behavior was also indicative of samples whose crystallization proceeds from a mixed melt. Sequential isothermal crystallization from the melt at 100 degreesC (for 30 min) and then at 30 degreesC (for 15 min) was measured. At 100 degreesC only the PLLA block is capable of crystallization, and its crystallization kinetics was followed by both WAXS and DSC; comparable results were obtained that indicated an instantaneous nucleation with three-dimensional superstructures (Avrami index of approximately 3). The spherulitic nature of the superstructure was confirmed by POM. When the temperature was decreased to 30 degreesC, the PCL block was able to crystallize within the PLLA negative spherulites (with an Avrami index of 2, as opposed to 3 in homo-PCL), and its crystallization rate was much slower than an equivalent homo-PCL. Time-resolved SAXS experiments in (L60C409)-C-12 revealed an initial melt mixed morphology at 165 degreesC that upon cooling transformed into a transient microphase-separated lamellar structure prior to crystallization at 100 degreesC.

Ordering on multiple lengthscales in a series of side group liquid crystal block copolymers containing a cholesteryl-based mesogen

Hierarchical ordering in a side group liquid crystal block copolymer is investigated by differential scanning calorimetry, polarized optical microscopy, small-angle X-ray and neutron scattering (SAXS and SANS) and transmission electron microscopy (TEM). A series of block copolymers with a range of compositions was prepared by atom transfer radical polymerization, comprising a polystyrene block and a poly(methyl methacrylate) block bearing chiral cholesteryl mesogens. Smectic ordering is observed as well as microphase separation of the block copolymer. Lamellar structures were observed for far larger volume fractions than for coil-coil copolymers (up to a volume fraction of liquid crystal block, f(LC) = 0.8). A sample with f(LC) = 0.86 exhibited a hexagonal-packed cylinder morphology, as confirmed by SAXS and TEM. The matrix comprised the liquid crystal block, with the mesogens forming smectic layers. For the liquid crystal homopolymer and samples with high f(LC), a smectic-smectic phase transition was observed below the clearing point. At low temperature, the smectic phase comprises coexisting domains with monolayer S-A,S-1 coexisting with interdigitated S-A,S-d domains. At high temperature a SA,1 phase is observed. This is the only structure observed for samples with lower f(LC). These unprecedented results point to the influence of block copolymer microphase separation on the smectic ordering.