Language
Country/Area
No result found
Mối quan hệ tuyệt vời giữa polyme và dung môi: làm thế nào ảnh hưởng đến độ hòa tan ở các phạm vi nhiệt độ khác nhau?
Trong khoa học polyme, độ hòa tan là cơ sở cho nhiều ứng dụng quan trọng, đặc biệt là trong các lĩnh vực như dệt may, y tế và khoa học vật liệu. Hoạt động của dung dịch polyme thay đổi theo hàm số của nhiệt độ, một hiện tượng càng trở nên rõ ràng hơn khi thảo luận về nhiệt độ dung dịch tới hạn thấp hơn (LCST). LCST là một thông số quan trọng biểu thị nhiệt độ mà tại đó các thành phần của hỗn hợp có thể trộn được hoàn toàn theo mọi tỷ lệ. Khi nhiệt độ vượt quá điểm tới hạn này, tính không hòa tan cục bộ sẽ xảy ra.
Tính chất pha trong dung dịch polyme là một đặc tính quan trọng trong quá trình phát triển và thiết kế hầu hết các quy trình liên quan đến polyme.
Một số polyme thể hiện khả năng trộn lẫn hoàn toàn trong dung dịch nước, chẳng hạn như poly(N-isopropylacrylamide), sự chuyển pha thường xảy ra ở 32°C (90°F), nhưng trong thực tế, nhiệt độ chuyển pha của có thể bị lệch. từ 5 đến 10°C tùy thuộc vào nồng độ polyme, khối lượng mol của chuỗi và các yếu tố khác. Điều này cho thấy các đặc điểm cấu trúc của polyme và các chất phụ gia của nó, chẳng hạn như muối hoặc protein, có thể làm thay đổi đáng kể nhiệt độ điểm đục hay LCST.
Các yếu tố vật lý làm cho LCST trở nên độc nhất, chủ yếu là do hệ số biến thiên entropy của hỗn hợp.
Do đó, đây là một giá trị bất thường vì thông thường entropy điều khiển quá trình trộn, vì quá trình trộn sẽ làm tăng thể tích có sẵn cho mỗi thành phần.Dưới LCST, quá trình trộn diễn ra tự phát, nghĩa là sự thay đổi năng lượng tự do (ΔG) là âm, trong khi trên LCST, giá trị này trở thành dương.
Về mặt lý thuyết, mô hình LCST có thể được mô tả bằng mô hình chất lỏng mạng. Mô hình này là phần mở rộng của lý thuyết nghiệm Flory-Huggins, có tính đến các hiệu ứng mật độ và khả năng nén. Phần mở rộng mới nhất của lý thuyết Flory-Huggins cho phép quan sát hiện tượng LCST chỉ bằng cách xem xét mối tương quan hình học và tương tác tương quan giữa chất tan và dung môi.
Cũng có nhiều cách để dự đoán LCST. Loại phương pháp thứ nhất được đề xuất dựa trên dữ liệu thực nghiệm và có nền tảng lý thuyết cố định, đòi hỏi phải điều chỉnh các tham số chưa biết. Cách khác là sử dụng các phương trình thực nghiệm để liên hệ LCST thông qua các tính chất vật lý và hóa học (như mật độ, tính chất tới hạn). Tuy nhiên, phương pháp này không thể thu được dữ liệu cần thiết trong một số trường hợp.
Gần đây, Liu và Zhong đã đề xuất một mô hình tuyến tính dựa trên chỉ số kết nối phân tử. Phương pháp này cho thấy khả năng dự đoán tốt và hy vọng có thể thu được một số dữ liệu quan trọng thông qua tính toán trước khi thí nghiệm. Ngoài ra, mô hình QSPR (Hoạt động cấu trúc định lượng/Mối quan hệ thuộc tính) hiện có có thể giảm chi phí thử và sai một cách hiệu quả, cho phép các nhà nghiên cứu đưa ra dự đoán tương đối đáng tin cậy về LCST của các giải pháp polymer trước khi tổng hợp thực tế, điều này có ý nghĩa lớn đối với thiết kế vật liệu. ý nghĩa lớn lao.
Hiện nay, hơn 70 loại polyme không ion đã thể hiện tính chất LCST trong dung dịch nước, đây là nguồn cảm hứng lớn cho việc thiết kế các loại polyme mới.
Khi khoa học tiến bộ, mối quan hệ giữa polyme và dung môi sẽ tiếp tục nhận được sự chú ý. Các nhà nghiên cứu tiếp tục khám phá các hệ thống polymer mới và khả năng hòa tan của chúng, đồng thời có thể có nhiều ứng dụng hơn gắn liền với các kết quả nghiên cứu này trong tương lai. Vậy làm thế nào chúng ta có thể sử dụng kiến thức này để thiết kế những vật liệu tốt hơn cho nghiên cứu khoa học trong tương lai?
