Phase transitions in macromolecular systems

Abstract

ÖZET Çözelti içindeki tek polimer zincirinin konformasyonu 1940'lardan beri geniş olarak çalışılmıştır. Bir polimer, yüksek sıcaklıklarda ve iyi çözücülerde uzamış zincir konfigürasyonundadır; buna karşın düşük sıcaklıklarda ve kötü çözücülerde ise büzülmüş kürecik halindedir. Aynı şekilde, jellerin büzülmesi de sıcaklığın veya çözücü kompozisyonunun değişmesiyle gözlenir. Bu zincir-kürecik dönüşümünün gözlenmesi için, çapraz bağlanmış bir polimer ağından oluşan jel sıvı bir ortam içine daldırıldı, ilk önce, kovalent olarak çapraz bağlı poliakrilamid, değişik kompozisyonlardaki aseton-su çözücü sistemine daldırıldı. Bu polimerin faz dönüşümüne hidroliz, iyonlaşma ve pH'ın etkileri araştırılmıştır. Faz dönüşümüne seryum sülfat tuzunun etkisi de incelenmiştir. Faz dönüşümüne iyonlaşmanın etkisini gözlemek için aynı şekilde, kovalent olarak çapraz bağlı poli(N-izopropilakrilamid), değişik kompozisyonlardaki dimetilsulfoksit-su çözücü sistemine daldırıldı. Son olarak, N-tert-butilakrilamidin termal polimerizasyonu yapılmış, ve faz dönüşümündeki kritik çözücü kompozisyonu bulunmuştur. Deneylerin sonucunda, poliakrilamid ve poli(N-izopropilakrilamid) jellerindeki iyonlaşabilir grubun miktarı arttırıldığında, faz dönüşümündeki çözücü hacim yüzdesinin arttığı ve daha keskin bir dönüşümün gözlendiği bulunmuştur. Aseton-su çözücü sisteminde seryum sülfat tuzunun belirli kritik konsantrasyonlarında poliakrilamid jelinin hacim faz dönüşümü meydana geldiği de gözlenmiştir. Çözeltideki aseton yüzdesi arttırıldığında büzülme için daha yüksek tuz konsantrasyonu gereklidir. Poliakrilamid jeli için faz dönüşümü pH=3 olduğunda gözlenmiştir. Poli(N-tert-butilakrilamid) jellerinin büzülmesi de hacimsel olarak yüzde 50 n-hekzan / kloroform sisteminde gözlenmiştir.

IV ABSTRACT The conformations of single polymer chains in solution have been studied extensively since 1940s. At high temperatures and in good solvents, a polymer has an extended coil configuration, while at low temperatures and in poor solvents a polymer is in a collapsed globule state. Similarly collapse of gels is observed upon changing temperature or solvent composition. For the observation of this coil-globule transition, a gel consisting of a crosslinked polymer network was immersed in a liquid medium. First, covalently crosslinked polyacrylamide was immersed in acetone-water solutions of various compositions. The effects of hydrolysis, ionization, and pH on the phase transition of this polymer were investigated. The effect of cerium sulfate salt on phase transition was also examined. Second, covalently crosslinked poly(N- isopropylacrylamide) was immersed in dimethylsulfoxide-water solutions of various compositions in order to study the effect of ionization on phase transition of poly(N-isopropylacrylamide) gel. Finally, the thermal polymerization of N-tert-butyl acrylamide was carried out, and the critical solvent composition of the phase transition was determined for poly(N-tert-butylacrylamide) gel. It is found that, as the amounts of ionizable groups in poly(N- isopropylacrylamide) and polyacrylamide gels were increased, the volume percent of solvent at the phase transition increased and a sharp transition took place at that composition. It is also observed, that a volume phase transition of the polyacrylamide gel occurred at certain critical concentrations of cerium sulfate salt for a given acetone-water mixture. If the percentage of acetone in the solution was increased, a higher salt concentration was required for collapse. A phase transition at a pH of 3 was found for polyacrylamide gels. The collapse of poly(N- tert-butylacrylamide) gels was also observed at 50 percent volume composition of n-hexane in n-hexane/chloroform system.