Poli(n-izopropilakrilamid) Ağyapi-lineer Polimer Ve Çözücü Sistemlerinin Termodinamik Analizi

Abstract

In the present work, a detailed thermodynamic analysis of the (quasi)ternary system consisting of poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPA) network, linear polymer, and solvent (water) was carried out. The classical Flory-Huggins theory was used to derive the equations for the free energy of the system as well as the chemical potential of the components. The chemical potential equations describing the thermodynamic equilibrium condition of the system was solved to calculate the following parameters; 1)Volume of PNIPA gel in linear polymer solutions. 2)Distribution parameter of the linear polymer between the inside and outside of the gel phase. For these calculations, the required values of the interaction parameters were taken to be very close to the typical experimental parameters reported in the literature. General results were obtained illustrating the effects of the temperature of the system, the extent of the interactions between the linear polymer-water, and the linear polymer-PNIPA on the gel volume, the molecular weight of the linear polymer and the charge density of PNIPA gels. The calculation results indicated that PNIPA gels exhibit reentrant phase transition in polymer solutions. In such a transition, the gel first collapses then reswells if a particular external parameter such as the linear polymer concentration is continuously varied.

Bu çalışma kapsamında, PNİPA jellerinin polimer çözeltileri içindeki davranışlarının anlaşılması için PNİPA ağyapı, lineer polimer ve çözücüden oluşan tersiyer sistemlerin detaylı bir termodinamik analizi yapılmıştır. Flory-Huggins teorisi kullanılarak, PNİPA ağyapı- lineer polimer- çözücü komponentlerinden oluşan iki fazlı sistemdeki serbest enerji ve ayrıca kimyasal potansiyel değişimlerini veren denklemler türetilmiştir. Sistemde şişmenin dengeye ulaştığı an için, kimyasal potansiyel denklemleri çözülerek, PNİPA jellerinin polimer çözeltileri içindeki davranışlarını belirleyen parametreler hesaplanmıştır; 1) PNİPA jelindeki hacim değişmeleri. 2) Lineer polimer moleküllerinin jelin içindeki ve dışındaki çözeltide dağılım katsayısı. Bu değerlerin hesaplanması için gerekli PNİPA-çözücü, PNİPA-lineer polimer ve çözücü-lineer polimer etkileşim parametreleri, literatürde verilen deneysel çalışmalardaki değerlere çok yakın seçilmiştir. PNİPA jelinin lineer polimer çözeltileri içindeki faz geçişlerine ait teorik sonuçlar, tersiyer sistem üzerine sıcaklığın, lineer polimerin molekül ağırlığının, sistemin bileşenleri arasındaki etkileşimlerin ve ayrıca polimer ağyapı içindeki iyonik grupların oluşturduğu etkiler incelenerek elde edilmiştir. Teorik hesaplar sonucunda, dış uyarımlar karşısında (örneğin; dış çözeltideki lineer polimer konsantrasyonu) PNİPA jelinin şişmiş halden büzülmüş hale ve daha sonra tekrar şişmiş hale geçerek reentrant faz geçişi gösterdiği tespit edildi ve bu geçişin gözlenmesi için gerekli koşullar tersiyer sistemin bileşenleri arasındaki etkileşim parametrelerine bağlı olarak belirlendi.