Part A. The effects of surface density and counterion size upon the dissociation behavior of poly(acrylic acid) grafted on polyethylene surface were investigated. The effect of counterion size was studied in aqueous alkali metal salt solutions (LiCl, NaCl, KCl, and CsCl) by potentiometric titration methods. To study the effect of surface density, we prepared a "poly(acrylic acid) gradient surface" where the density of poly(acrylic acid) is changed gradually along the sample distance. The gradient surface was produced by the treatment of a polyethylene sheet using corona with gradually increasing power and the following graft polymerization in 10 wt\% acrylic acid solution. The prepared gradient surface was characterized by Fourier transform infrared spectroscopy in the attenuated total reflectance mode. Potentiometric titration curves for the sections of the gradient surface were obtained in the salt solutions to measure the changes of electrostatic Gibbs free energy of poly(acrylic acid) on the gradient surface. It was observed that the changes of electrostatic Gibbs free energy increase with the increasing density of poly(acrylic acid) grafted on the surface and the decreasing hydrated radius of alkali metal ion in the solution. It was difficult to remove protons from the poly(acrylic acid) on the sections with high surface density and in the solutions containing the alkali metal ion with the small hydrated radius. Part B. The information for the interaction between water molecules and a polyelectrolyte was obtained from $^{23$Na NMR studies for sodium polymethacrylate in water-methanol mixtures. The chemical shift and the line width of the $^{23}\!$Na nucleus give the information on the immediate magnetic environment and the motion of the nucleus, respectively. The change of the chemical shift for $^{23}$Na nucleus is investigated as decreasing the temperature and changing the mole fraction of water in solvent. According to this result, the hydrogen bonding of water molecules and polyanions becomes weak as decreasing the temperature of the system. But the interaction increases below the temperature of freezing point for water in this system. This effect due to the change of temperature becomes high as the water mole fraction increases in the solvent.
Polyethylene(PE) 표면에 붙어 있는 Polyacrylic acid(PAA)의 해리 거동(Dissociation Behavior)에 대한 표면 밀도와 반대이온(counterion) 의 효과를 조사하였다. 반대이온의 크기에 대한 효과는 알카리 금속 염 (LiCl, NaCl, KCl, CsCl) 용액에서 전위차 적정 법으로 측정하였다. 표면 밀도의 효과를 알아보기 위해 한 표면 내에서 거리에 따라 PAA의 밀도가 달라지는 "PAA Gradient Surface" 를 코로나 방전 장치를 이용하여 합성하고 FTIR-ATR 로 분석하였다. 이 Gradient Surface의 각 부분을 전위차 적정 법에 의해 실험한 결과, 표면밀도가 증가할수록 PAA에서 수소 이온을 제거하기가 힘들고 또한 수화 반경이 작은 알카리 금속 이온을 포함하는 용액일수록 PAA에서 수소 이온이 해리 되기가 어려움을 알 수 있었다. 또 다른 연구로서, Sodium Polymethacrylate(PMANa)에서 물이 첨가되어 수화되는 경우에 물의 역할을 보고, 온도가 낮아질 때 물의 효과를 보기위해 NMR을 사용하였다. NMR의 Chemical Shift는 바로 인접한 환경에 대한 정보를 제공하므로, 나트륨 이온의 NMR 실험을 해보면, 주위의 고분자 이온이나 물과의 상호작용을 관찰할 수 있다. 이 실험에서 물 뿐만 아니라 메탄올을 용매로 같이 넣어 주고 온도를 내릴때, 물은 $0\,^\circ\!C$ 에서 영하 $40\,^\circ\!C$ 이내에서 얼지만 메탄올은 영하 $97\,^\circ\!C$ 까지는 얼지 않는다. 따라서 시료의 온도가 내려갈 때 물의 운동은 급격히 작아지고 메탄올의 운동은 거의 변화가 없다. 이 때 일어나는 현상을 관찰한 결과 온도가 내려갈 때 물 분자와 고분자 이온의 수소 결합이 약해지다가, 물이 어는 순간 부터는 수소 결합이 다시 강해지는 현상을 발견할 수 있었다.
