Language
Country/Area
No result found
Замечательная связь между полимерами и растворителями: как повлиять на растворимость в разных температурных диапазонах?
В науке о полимерах растворимость является основой для многих важных приложений, особенно в области текстиля, медицины и материаловедения. Поведение растворов полимеров меняется с температурой, особенно если учитывать нижнюю критическую температуру растворения (НКТР). НКТР — важный параметр, указывающий температуру, ниже которой компоненты смеси полностью смешиваются во всех пропорциях. Как только температура превысит эту критическую точку, произойдет локальная нерастворимость.
Фазовое поведение растворов полимеров является важным свойством при разработке и проектировании большинства процессов, связанных с полимерами.
Некоторые полимеры демонстрируют полную смешиваемость в водном растворе. Например, поли(N-изопропилакриламид) обычно претерпевает фазовый переход при 32°C (90°F), но на практике температура фазового перехода может варьироваться от 5 до 10° C в зависимости от концентрации полимера, молекулярной массы цепи и других факторов. Это показывает, что структурные особенности полимеров и их добавок, таких как соли или белки, могут существенно изменять температуру помутнения, или НКТР.
Физика, лежащая в основе НКТС, делает его уникальным, прежде всего из-за изменения энтропии при смешивании.
Таким образом, это аномальное значение, поскольку обычно энтропия управляет смешиванием, поскольку процесс смешивания увеличивает объем, доступный каждому компоненту.Ниже НКТР смешивание происходит самопроизвольно, то есть изменение свободной энергии (ΔG) отрицательно, тогда как выше НКТР это значение становится положительным.
Теоретически модель LCST можно описать моделью решеточной жидкости. Эта модель является расширением теории решений Флори-Хаггинса, учитывающей эффекты плотности и сжимаемости. Последнее расширение теории Флори-Хаггинса позволяет наблюдать явление НКТР, рассматривая только геометрическую корреляцию и корреляционные взаимодействия между растворенным веществом и растворителем.
Существуют также различные методы прогнозирования НКТР. Методы первого типа основаны на экспериментальных данных и имеют фиксированную теоретическую базу, что требует корректировки неизвестных параметров. Другой подход заключается в использовании эмпирических уравнений для связи НКТР с физико-химическими свойствами (такими как плотность и критические свойства), однако в некоторых случаях этот подход не позволяет получить необходимые данные.
Недавно Лю и Чжун предложили линейную модель, основанную на индексе молекулярной связности. Этот подход показывает хорошую предсказательную способность и, как можно надеяться, может дать некоторые важные данные посредством расчетов перед экспериментами. Кроме того, существующая модель QSPR (количественная зависимость структуры от активности и свойств) может эффективно снизить стоимость проб и ошибок, позволяя исследователям делать относительно надежные прогнозы НКТР полимерных растворов до фактического синтеза, что имеет большое значение для проектирования материалов. . Большое значение.
В настоящее время более 70 неионных полимеров демонстрируют поведение НКТР в водных растворах, что дает большие возможности для разработки новых полимеров.
По мере развития науки взаимосвязь между полимерами и растворителями будет по-прежнему привлекать внимание. Исследователи постоянно изучают новые полимерные системы и особенности их растворимости, и в будущем эти открытия могут найти еще больше применений. Итак, как мы можем использовать эти знания для разработки более совершенных материалов в будущих научных исследованиях?
