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A maravilhosa relação entre polímeros e solventes: como afetar a solubilidade em diferentes faixas de temperatura?
Na ciência dos polímeros, a solubilidade é a base para muitas aplicações importantes, especialmente em áreas como têxteis, medicina e ciência dos materiais. O comportamento das soluções poliméricas muda em função da temperatura, fenômeno que se torna ainda mais aparente quando se discute a temperatura crítica inferior da solução (LCST). LCST é um parâmetro importante que indica a temperatura na qual os componentes de uma mistura são completamente miscíveis em todas as proporções. Uma vez que a temperatura exceda este ponto crítico, ocorrerá insolubilidade local.
O comportamento de fase em soluções poliméricas é uma propriedade importante no desenvolvimento e projeto da maioria dos processos relacionados a polímeros.
Alguns polímeros apresentam miscibilidade completa em soluções aquosas. Para tais polímeros, como a poli(N-isopropilacrilamida), a mudança de fase geralmente ocorre a 32°C (90°F), mas na prática a temperatura de mudança de fase pode variar. em 5 a 10°C dependendo da concentração do polímero, massa molar da cadeia e outros fatores. Isto mostra que as características estruturais do polímero e dos seus aditivos, tais como sais ou proteínas, podem alterar significativamente a temperatura do ponto de turvação, ou LCST.
Fatores físicos tornam o LCST único, principalmente devido ao fator de mudança de entropia da mistura.
Portanto, este é um valor anômalo porque normalmente a entropia impulsiona a mistura, à medida que o processo de mistura aumenta o volume disponível para cada componente.Abaixo do LCST, a mistura é espontânea, o que significa que a variação da energia livre (ΔG) é negativa, enquanto acima do LCST esse valor se torna positivo.
Teoricamente, o modelo LCST pode ser descrito por um modelo de fluido de rede. Este modelo é uma extensão da teoria da solução de Flory-Huggins, levando em consideração os efeitos de densidade e compressibilidade. A mais recente extensão da teoria de Flory-Huggins permite a observação dos fenômenos LCST simplesmente considerando a correlação geométrica e as interações de correlação entre soluto e solvente.
Também há muitas maneiras de prever o LCST. O primeiro tipo de método é proposto com base em dados experimentais e possui embasamento teórico fixo, o que requer o ajuste de parâmetros desconhecidos. A outra é usar equações empíricas para relacionar o LCST através de propriedades físicas e químicas (como densidade, propriedades críticas. No entanto, este método não pode obter os dados necessários em alguns casos).
Recentemente, Liu e Zhong propuseram um modelo linear baseado no índice de conexão molecular. Este método mostra boa capacidade de previsão e espera-se que alguns dados importantes possam ser obtidos por meio de cálculos antes dos experimentos. Além disso, o modelo QSPR (Atividade Estrutural Quantificada/Relacionamento de Propriedade) existente pode efetivamente reduzir o custo de tentativa e erro, permitindo aos pesquisadores fazer previsões relativamente confiáveis do LCST de soluções poliméricas antes da síntese real, o que tem grandes implicações para o design do material. grande significado.
Atualmente, mais de 70 polímeros não iônicos demonstraram comportamento LCST em soluções aquosas, o que é uma grande inspiração para o projeto de novos polímeros.
À medida que a ciência avança, a relação entre polímeros e solventes continuará a receber atenção. Os pesquisadores continuam a explorar novos sistemas poliméricos e seus comportamentos de solubilidade, e mais aplicações podem estar vinculadas a esses resultados de pesquisa no futuro. Então, como podemos usar esse conhecimento para projetar melhores materiais em pesquisas científicas futuras?
