Závěrečná zpráva grantu 164/2001/B-FYZ/MFF

Název projektu:Studium dynamického chování hydrogelů pomocí NMR spektroskopie
Hlavní řešitel:RNDr. Lenka Hanyková, Dr.
Spoluřešitelé: RNDr. Jan Lang, Ph.D.; Prof. Ing. Michal Ilavský, DrSc.; Mgr. Zdeněk Tošner; Andrij Fomenko; Mgr. Larisa Starovojtova; Marcela Ublanská; Jan Labuta
Období řešení:2001-2003
Celková dotace:387 tis. Kč

Souhrn výsledků

Cílem projektu bylo prostudovat chování polymerních systémů v oblasti fázového přechodu. Pro tento výzkum byly vybrány roztoky a sítě polyvinylmethyletheru (PVME), poly(N-isopropylmethakrylamidu) (PIPMAm) a poly(N-isopropylakrylamidu) (PIPAAm). Pomocí nukleární magnetické rezonance (NMR) jsme stanovili vliv polymerní koncentrace, síťové hustoty, složení roztoků, koncentrace nábojů na řetězci a dalších parametrů na výskyt a rozsah fázového přechodu. Dosažené výsledky lze shrnout takto:
1.Radiací roztoku PVME byly připraveny sítě PVME ve vodě v širokém rozmezí síťových hustot.  U všech měřených systémů byl fázový přechod spojitý, vzorky s vyšší síťovou hustotou vykazovaly širší teplotní interval přechodu a zároveň u těchto vzorků docházelo ke kolapsu při nižších teplotách. Výpočet podílu fázově separovaných jednotek ukázal, že prakticky všechny  jednotky segmentů PVME jsou po fázovém přechodu zahrnuty v kompaktních globulárních strukturách a to bez ohledu na síťovou hustotu.
2. Byl studován fázový přechod vyvolaný změnou teploty v neionizovaných roztocích PIPMAm ve vodě v širokém rozmezí polymerních koncentrací. Po zvýšení teploty nad kritickou teplotu fázového přechodu vykazovaly integrované intenzity pásů odpovídající skupinám PIPMAm výrazné snížení pro všechny měřené roztoky v důsledku omezené pohyblivosti PIPMAm segmentů zabudovaných do zkolabovaných struktur. Existence globulárních struktur u PIPMAm roztoků byla potvrzena také rozšířením NMR pásů. Zavedení nábojů na řetězce PIPMAm způsobilo posun kritické teploty fázového přechodu k vyšším hodnotám a tento posun byl tím vyšší, čím větší byla koncentrace nábojů. Zároveň docházelo se zvyšující se koncentrací nábojů k výraznému rozšiřování teplotního intervalu fázového přechodu.
3. V  roztocích směsi dvou polymerů s různými kritickými teplotami (PVME a PIPMAm) byly detekovány dva fázové přechody při teplotách přibližně odpovídajících kritickým teplotám jednotlivých složek PVME a PIPMAm. To znamená, obě složky procházejí svými přechody nezávisle. Analýza prvního fázového přechodu PVME ukázala jeho nezávislost na polymerní koncentraci a složení směsi PIPMAm/PVME, tzn. že tento přechod není ovlivněn přítomností PIPMAm ve směsi. Na druhé straně má přechod PVME podstatný vliv na přechod druhé složky PIPMAm, kolabující při vyšší teplotě. Rozsah tohoto vlivu závisel na polymerní koncentraci roztoku a především na složení směsi. Měření spin-spinové relaxační doby zbytkového signálu molekul vody HDO potvrdilo, že po fázovém přechodu je část vody vázána na globulární struktury a většina této vázané vody je obsažena ve zkolabovaných strukturách té polymerní složky, která má většinové zastoupení ve směsi.