探索 pNIPAM 液凝胶：多种有机溶剂及混合物中溶胀平衡的实验研究与 COSMO-RS 分析支持
软凝聚态物质
2024-08-21 v3
摘要
刺激响应性液凝胶因其能在外部触发条件下发生显著的宏观变化而被视为智能材料。由于其多功能且独特的性质，智能液凝胶在药物递送或驱动过程等多种应用中展现出巨大潜力。虽然聚-N-异丙基丙烯酰胺 (pNIPAM) 作为一种热响应材料广为人知，但它也表现出显著的溶剂响应溶胀行为。极性溶剂因与酰胺基团形成氢键而引发强烈溶胀，而非极性溶剂则导致液凝胶显著收缩。本研究旨在探究并建模这一行为，以期未来应用于化学或生化反应器。作为当前的研究热点，将智能水凝胶技术整合到（生物）化学反应器中，有助于开发智能反应器系统。利用 gE 模型 COSMO-RS 对 pNIPAM 的单体或低聚物进行热力学建模，可以观察到溶剂-聚合物相互作用与溶胀程度之间的相关性。pNIPAM 衍生物在具有大溶胀度的极性溶剂中表现出低无限稀释活度系数 (IDACs)，而在非极性溶剂中则显示 IDACs 升高。氢键不仅在纯溶剂中主导液凝胶的溶胀行为，在不同极性的溶剂混合物中亦是如此。即使在含有大量非极性溶剂的混合物中，由于液凝胶基质对极性溶剂的选择性吸收，仍可观察到较大的溶胀程度。这种效应不仅见于二元溶剂混合物，也见于沿酯化反应进程、具有不同醇和羧酸碳链长度的代表性混合物中。
引用
@article{arxiv.2401.07592,
title = {Exploring pNIPAM Lyogels: Experimental Study on Swelling Equilibria in Various Organic Solvents and Mixtures, Supported by COSMO-RS Analysis},
author = {Kathrin Marina Eckert and Simon Müller and Gerrit A. Luinstra and Irina Smirnova},
journal= {arXiv preprint arXiv:2401.07592},
year = {2024}
}