Language
Country/Area
No result found
العلاقة الرائعة بين البوليمرات والمذيبات: كيف تؤثر على قابلية الذوبان في نطاقات درجات الحرارة المختلفة؟
في علم البوليمر، تعد القابلية للذوبان أساسًا للعديد من التطبيقات المهمة، خاصة في مجالات مثل المنسوجات والعلوم الطبية وعلوم المواد. يتغير سلوك محاليل البوليمر كدالة لدرجة الحرارة، وهي ظاهرة تصبح أكثر وضوحًا عند مناقشة درجة حرارة المحلول الحرجة المنخفضة (LCST). يعد LCST معلمة مهمة تشير إلى درجة الحرارة التي تكون فيها مكونات الخليط قابلة للامتزاج تمامًا بجميع النسب. بمجرد أن تتجاوز درجة الحرارة هذه النقطة الحرجة، سوف تحدث عدم الذوبان المحلي.
يعد سلوك الطور في محاليل البوليمر خاصية مهمة في تطوير وتصميم معظم العمليات المتعلقة بالبوليمر.
تظهر بعض البوليمرات قابلية امتزاج كاملة في المحاليل المائية بالنسبة لمثل هذه البوليمرات، مثل بولي (N-إيزوبروبيل أكريلاميد)، يحدث تغير الطور عادة عند 32 درجة مئوية (90 درجة فهرنهايت)، ولكن في الممارسة العملية قد تنحرف درجة حرارة تغير الطور. بمقدار 5 إلى 10 درجات مئوية حسب تركيز البوليمر، والكتلة المولية للسلسلة، وعوامل أخرى. وهذا يدل على أن السمات الهيكلية للبوليمر والمواد المضافة إليه، مثل الأملاح أو البروتينات، يمكن أن تغير بشكل كبير درجة حرارة نقطة السحابة، أو LCST.
تجعل العوامل الفيزيائية LCST فريدًا، ويرجع ذلك أساسًا إلى عامل تغير الإنتروبيا للمزيج.
لذلك، تعتبر هذه قيمة شاذة لأن الإنتروبيا عادة ما تؤدي إلى الخلط، حيث أن عملية الخلط تزيد من الحجم المتاح لكل مكون.تحت LCST، يكون الاختلاط تلقائيًا، مما يعني أن تغير الطاقة الحرة (ΔG) يكون سالبًا، بينما فوق LCST تصبح هذه القيمة موجبة.
من الناحية النظرية، يمكن وصف نموذج LCST بنموذج الموائع الشبكية. هذا النموذج هو امتداد لنظرية حل فلوري هوجنز، مع الأخذ بعين الاعتبار تأثيرات الكثافة والانضغاط. يسمح الامتداد الأخير لنظرية Flory-Huggins بمراقبة ظواهر LCST ببساطة من خلال النظر في الارتباط الهندسي وتفاعلات الارتباط بين المذاب والمذيب.
هناك أيضًا العديد من الطرق للتنبؤ بـ LCST. تم اقتراح النوع الأول من الطريقة بناءً على البيانات التجريبية وله خلفية نظرية ثابتة، الأمر الذي يتطلب تعديل المعلمات غير المعروفة. والآخر هو استخدام المعادلات التجريبية لربط LCST من خلال الخصائص الفيزيائية والكيميائية (مثل الكثافة، والخصائص الحرجة)، ومع ذلك، لا يمكن لهذه الطريقة الحصول على البيانات المطلوبة في بعض الحالات.
مؤخرًا، اقترح ليو وتشونغ نموذجًا خطيًا يعتمد على مؤشر الاتصال الجزيئي. تُظهر هذه الطريقة قدرة جيدة على التنبؤ، ومن المأمول أن يتم الحصول على بعض البيانات المهمة من خلال الحساب قبل التجارب. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لنموذج QSPR (نشاط الهيكل الكمي/علاقة الملكية) الحالي أن يقلل بشكل فعال من تكلفة التجربة والخطأ، مما يسمح للباحثين بعمل تنبؤات موثوقة نسبيًا لـ LCST لمحاليل البوليمر قبل التخليق الفعلي، وهو ما له آثار كبيرة على تصميم المواد. أهمية كبيرة.
في الوقت الحالي، أظهر أكثر من 70 بوليمرًا غير أيوني سلوك LCST في المحاليل المائية، وهو ما يعد مصدر إلهام كبير لتصميم بوليمرات جديدة.
مع تقدم العلم، ستستمر العلاقة بين البوليمرات والمذيبات في جذب الاهتمام. يواصل الباحثون استكشاف أنظمة البوليمر الجديدة وسلوكيات ذوبانها، وقد يتم ربط المزيد من التطبيقات بنتائج الأبحاث هذه في المستقبل. إذًا، كيف يمكننا استخدام هذه المعرفة لتصميم مواد أفضل في الأبحاث العلمية المستقبلية؟
