Ισορροπίες φάσεων σε υδατικά διαλύματα αντίθετα φορτισμένων πολυ-ηλεκτρολυτών (με εφαρμογές στο σχεδιασμό μοντέρνων υλικών της εύπλαστης ύλης) : θεωρητική μελέτη μέσω αρχών της θερμοδυναμικής

• Κύριος συγγραφέας: Πριόβολος, Αλέξανδρος-Πολύμερος
• Άλλοι συγγραφείς: Priovolos, Alexandros-Polymeros
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2021
• Θέματα: Πολύ-ηλεκτρολύτες; Διάγραμμα φάσης; Καμπύλη συνύπαρξης; Θερμοδυναμική μελέτη; Ελεύθερη ενέργεια ανάμιξης μείγματος; Σύμπλοκη συσσώρευση; Flory-Huggins theory; Debye–Hückel theory; Binodal curve; Phase diagram; Complex coacervation

Ο διαχωρισμός φάσεων σε διαλύματα πολυμερών έχει μεγάλη σημασία τόσο από πρακτικής όσο και από θεωρητικής άποψης. Η πρακτική σημασία έγκειται κυρίως στην εφαρμογή της στο διαχωρισμό μιγμάτων πολυμερών σε περισσότερο ή λιγότερο ομοιογενή συστατικά (κλασμάτωση). Τα μόρια σε ένα συγκεκριμένο μείγμα μπορεί να διαφέρουν ως προς το μήκος της αλυσίδας, τη σύνθεση ή τη διαμόρφωση, ή και κάποιο συνδυασμό αυτών των παραγόντων. Η εμφάνιση διαχωρισμών φάσης σε πολλά συστήματα καθιστά αναγκαία μία θεωρία, η οποία δύναται να εξηγήσει τα διαφορετικά χαρακτηριστικά του φαινομένου. Όλες οι θεωρίες που έχουν αναπτυχθεί δημιουργούν ορισμένες υποθέσεις σχετικά με τη λεπτομερή δομή των πολυμερικών διαλυμάτων και μορίων που περιέχονται σε αυτά. Τα προβλεπόμενα χαρακτηριστικά του συστήματος δύο φάσεων συγκρίνονται με το πραγματικό σύστημα μελέτης κάθε φορά. Η συμπεριφορά και οι παραδοχές σχετικά με τη δομή του συστήματος τροποποιούνται έτσι ώστε να επιτευχθεί συμφωνία. Έτσι, τα πειραματικά δεδομένα των συστημάτων τα οποία υπόκεινται σε διαχωρισμό φάσεων μπορούν να δώσουν, με μια θεωρητική ανάλυση, επιπλέον πληροφορίες για ορισμένα προβλήματα. Μολονότι το φαινόμενο του σύμπλοκης συσσώρευσης (complex coacervation) έχει κεντρίσει το ερευνητικό ενδιαφέρον της επιστημονικής κοινότητας την τελευταία δεκαετία, η μελέτη τους, τόσο σε θεωρητικό όσο και σε πειραματικό επίπεδο, παρουσιάζει δυσκολίες. Έχουν πραγματοποιηθεί πολλές μελέτες όσον αφορά κάποια απλά συστήματα, όμως, όσο πιο περίπλοκο γίνεται το σύστημα μελέτης, τόσο πιο δύσκολο και δυσνόητο είναι το μαθηματικό και το θερμοδυναμικό μοντέλο που διέπει το φαινόμενο αυτό. Στην παρούσα διπλωματική εργασία αναλύονται λεπτομερώς οι δύο βασικοί άξονες της θεωρίας της σύμπλοκης συσσώρευσης, τόσο σε θεωρητικό, όσο και σε μαθηματικό επίπεδο. Απώτερος στόχος είναι η κατασκευή του διαγράμματος φάσης ενός πολύ-συστατικού μείγματος με διαλύτη το νερό και διαλυμένες ουσίες ένα άλας και συγκεκριμένα το χλωριούχο κάλιο (KCI) και δύο πολυμερή, το πολύ-ακρυλικό οξύ (PAA) και το πολύ[μεθακρυλικό 2-(διμεθυλαμινο)αιθυλεστέρα] (PDMAEMA). Πραγματοποιείται η κατασκευή του διαγράμματος φάσης χρησιμοποιώντας την βασική εξίσωση της ελεύθερης ενέργειας μίξης του συστήματος για τέσσερις διαφορετικούς βαθμούς πολυμερισμού (Np = 20, 50, 150, 510), από την οποία μπορούμε να βρούμε τα binodal, spinodal και κρίσιμα σημεία. Συνολικά, τα διαγράμματα φάσης για όλες τις περιπτώσεις βαθμού πολυμερισμού έδειξαν ότι όσο αυξάνεται ο βαθμός πολυμερισμού, το κρίσιμο σημείο μετατοπίζεται συνεχώς προς τα αριστερά, γεγονός που συμφωνεί με τις πειραματικές καμπύλες. Επίσης, στα διαγράμματα των bi nodal και spinodal καμπυλών, σε όλες τις περιπτώσεις βαθμού πολυμερισμού, για δεδομένο κλάσμα όγκου άλατος, τα binodal σημεία βρίσκονται πάντα δεξιά από τα αντίστοιχα spinodal. Στη συνέχεια, με κατάλληλη τροποποίηση τα κλάσματα όγκου μετατρέπονται σε συγκεντρώσεις και συγκρίνονται με τα αντίστοιχα διαθέσιμα πειραματικά δεδομένα, όπου αναζητούνται για κάθε περίπτωση οι κατάλληλες παράμετροι για τις πυκνότητες του άλατος και του πολυμερούς έτσι ώστε να επιτυγχάνεται μία πολύ καλή συμφωνία μεταξύ των αποτελεσμάτων. Τα αποτελέσματα των παραμέτρων για τις περιπτώσεις όπου Np = 50, 150, 510 είναι πολύ ενθαρυντικά, καθώς οι τιμές είναι παρόμοιες, ενώ στην περίπτωση όπου Np = 20 οι συντελεστές παρουσιάζουν σημαντική απόκλιση.