Фазовий перехід і утворення мікрогелів у полімерних розчинах з іонами солей
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe70.3.200Ключові слова:
фазовий перехiд, мiкрогель, гiдроксипропiлцелюлоза, iони солейАнотація
Розглядаються особливостi фазового переходу, який вiдбувається в розбавлених полiмерних розчинах i який приводить до утворення нової фази, що є набухлою полiмерною сiткою. Показано, що за певних умов утворюються лише невеликi кластери нової фази – мiкрогелi, якi випадають в осад. Виведено формулу залежностi середнього радiуса мiкрогеля вiд часу. За допомогою методу динамiчного розсiяння свiтла одержано часовi залежностi розмiру кластерiв, що утворюються в розбавленому водному розчинi гiдроксипропiлцелюлози з iонами солей NaF, NaCl, NaBr i NaI. Результати експерименту порiвнюються з результатами, що випливають iз виведеної формули.
Посилання
1. K. Kamide. Cellulose and Cellulose Derivatives: Molecular Characterization and Its Applications (Elsevier Science, 2005).
2. S.M.F. Kabir, P.P. Sikdar, B. Haque, M.A.R. Bhuiyan, A. Ali, M.N. Islam. Cellulose-based hydrogel materials: Chemistry, properties and their prospective applications. Prog. Biomater. 7, 153 (2018).
https://doi.org/10.1007/s40204-018-0095-0
3. M. Karg, A. Pich, T. Hellweg, T. Hoare, L.A. Lyon, J.J. Crassous, D. Suzuki, R.A. Gumerov, S. Schneider, I.I. Potemkin, W. Richtering. Nanogels and microgels: From model colloids to applications, recent developments, and future trends. Langmuir 35, 6231 (2019).
https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.8b04304
4. E. Cal'o, V.V. Khutoryanskiy. Biomedical applications of hydrogels: A review of patents and commercial products. Eur. Polym. J. 65, 252 (2014).
https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2014.11.024
5. T. Okano. Biorelated Polymers and Gels: Controlled Release and Applications in Biomedical Engineering (Polymers, Interfaces and Biomaterials) (Academic Press, 1998).
6. T. Heinze, O.A. El Seoud , A. Koschella. Cellulose Derivatives: Synthesis, Structure, and Properties (Springer Cham, 2018).
https://doi.org/10.1007/978-3-319-73168-1
7. Handbook of Biopolymers. Edited by T. Sabu, A.R. Ajitha, J.C. Cintil, T. Bejoy (Springer Nature Singapore Pte Ltd., 2023).
8. A.S. Narang, S.I.F. Badawy. Handbook of Pharmaceutical Wet Granulation: Theory and Practice in a Quality by Design Paradigm (Academic Press, 2019).
9. M. Gosecki,H. Set¨al¨a, T. Virtanen, A.J. Ryan. A facile method to control the phase behavior of hydroxypropyl cellulose. Carbohydr. Polym. 251, 117015 (2021).
https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2020.117015
10. P.-G. Gennes. Scaling Concepts in Polymer Physics (Cornell University Press, 1979).
11. B.R. Saunders, B. Vincent. Microgel particles as model colloids: theory, properties and applications. Adv. Colloid Interface Sci. 80, 1 (1999).
https://doi.org/10.1016/S0001-8686(98)00071-2
12. Chemical Design of Responsive Microgels. Edited by A. Pich, W. Richtering (Springer-Verlag, 2011).
13. A. Fernandez-Nieves, H. Wyss, J. Mattsson, D.A. Weitz. Microgel Suspensions: Fundamentals and Applications (John Wiley and Sons, 2011).
https://doi.org/10.1002/9783527632992
14. Microgels: Synthesis, Properties and Applications (Materials Science and Technologies). Edited by W.-F. Lai (Nova Science Pub Inc, 2018).
15. S.V. Vinogradov. Colloidal microgels in drug delivery applications. Curr. Pharm. Des. 12, 4703 (2006).
https://doi.org/10.2174/138161206779026254
16. J.K. Oh, R. Drumright, D.J. Siegwart, K. Matyjaszewski. The development of microgels/nanogels for drug delivery applications. Prog. Polym. Sci. 33, 448 (2008).
https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2008.01.002
17. L. Xuan, Y. Hou, L. Liang, J. Wu, K. Fan, L. Lian, J. Qiu, Y. Miao, H. Ravanbakhsh, M. Xu, G. Tang. Microgels for cell delivery in tissue engineering and regenerative medicine. Nano-Micro Lett. 16, 218 (2024).
https://doi.org/10.1007/s40820-024-01421-5
18. K.S. Schmitz, B. Wang, E. Kokufuta. Mechanism of microgel formation via cross-linking of polymers in their dilute solutions: mathematical explanation with computer simulations. Macromolecules 34, 8370 (2001).
https://doi.org/10.1021/ma010956+
19. J.A. Bonham, M.A. Faers, J.S. van Duijneveldt. Nonaqueous microgel particles: synthesis, properties and applications. Soft Matter 10, 9384 (2014).
https://doi.org/10.1039/C4SM01834F
20. V.I. Kovalchuk. Phase separation dynamics in aqueous solutions of thermoresponsive polymers. Cond. Matt. Phys. 24, 43601 (2021).
https://doi.org/10.5488/CMP.24.43601
21. V.I. Kovalchuk, M.M. Lazarenko, O.M. Alekseev. Turbidimetric monitoring of phase separation in aqueous solutions of thermoresponsive polymers. J. Nano- Electron. Phys. 14, 01004 (2022).
https://doi.org/10.21272/jnep.14(1).01004
22. Yu.F. Zabashta, V.I. Kovalchuk, O.S. Svechnikova, L.A. Bulavin. Determination of the surface tension coefficient of polymer gel. Ukr. J. Phys. 67, 365 (2022).
https://doi.org/10.15407/ujpe67.5.365
23. The Sol-Gel Process: Uniformity, Polymers & Applications (Chemical Engineering Methods and Technology: Materials Science and Technologies). Edited by R.E. Morris (Nova Science Pub Inc, 2011).
24. S. Kirkpatrick. Percolation and conduction. Rev. Mod. Phys. 45, 574 (1973).
https://doi.org/10.1103/RevModPhys.45.574
25. M. Tokita. Gelation mechanism and percolation. Food Hydrocoll. 3, 263 (1989).
https://doi.org/10.1016/S0268-005X(89)80038-4
26. D. Stauffer, A. Aharony. Introduction to Percolation Theory (Taylor and Francis, 1992).
27. Yu.F. Zabashta, V.I. Kovalchuk, O.S. Svechnikova, L.Yu. Vergun, L.A. Bulavin. The sol-gel transition in hydrogels as the first-order phase transition. Ukr. J. Phys. 69, 409 (2024).
https://doi.org/10.15407/ujpe69.6.409
28. Yu.F. Zabashta, V.I. Kovalchuk, O.S. Svechnikova, M.M. Lazarenko, O.M. Alekseev, A.V. Brytan, L.Yu. Vergun, L.A. Bulavin. Clusterization in solutions as a process of mesophase formation. J. Phys. Stud. 28, 1602 (2024).
https://doi.org/10.30970/jps.28.1602
29. J. Frenkel. Kinetic Theory of Liquids (Dover Publications, 1955).
30. Hydroxypropyl Cellulose. https://www.alfa.com/en/catalog/043400/.
31. K. Kobayashi, Ch. Huang, T.P. Lodge. Thermoreversible gelation of aqueous methylcellulose solutions. Macromol. 32, 7070 (1999).
https://doi.org/10.1021/ma990242n
32. M. Fettaka, R. Issaadi, N. Moulai-Mostefa, I. Dez, D. Le Cerf, L. Picton. Thermo sensitive behavior of cellulose derivatives in dilute aqueous solutions: From macroscopic to mesoscopic scale. J. Colloid Interf. Sci. 357, 372 (2011).
https://doi.org/10.1016/j.jcis.2011.02.041
33. A.R. Khokhlov, E.E. Dormidontova. Self-organization in ion-containing polymer systems. Phys.-Uspekhi 40, 109 (1997).
https://doi.org/10.1070/PU1997v040n02ABEH000191
34. L.A. Bulavin, N.I. Lebovka, Yu.A. Kyslyi, S.V. Khrapatyi, A.I. Goncharuk, I.A. Mel'nyk, V.I. Koval'chuk. Microstructural, rheological, and conductometric studies of multiwalled carbon nanotube suspensions in glycerol. Ukr. J. Phys. 56, 217 (2011).
35. M. Stoian, T. Maurer, S. Lamri, I. Fechete. Techniques of preparation of thin films: catalytic combustion. Catalysts 11, 1530 (2021).
https://doi.org/10.3390/catal11121530
36. C. Trinh, Y. Wei, A. Yadav, M. Muske, N. Grimm, Z. Li, L. Thum, D. Wallacher, R. Schl¨ogl, K. Skorupska, R. Schlatmann, D. Amkreutz. Reactor design for thin film catalyst activity characterization. Chem. Eng. J. 477, 146926 (2023).
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.
.png){kind=small}
