Závěrečná zpráva grantu 166/2001/B-FYZ/MFF

Název projektu:	Tvorba, struktura a fyzikální vlastnosti polymerních sítí
Hlavní řešitel:	Prof. Ing. Michal Ilavský, DrSc.
Spoluřešitelé:	Doc. RNDr. Jaromír Fähnrich, CSc.; RNDr. Lenka Hanyková, CSc.; RNDr. Ivan Krakovský, CSc.; Mgr. Eugeni A. Demchenko; Mgr. Andriy V. Fomenko; Doc. RNDr. Jan Nedbal, CSc.; RNDr. Helena Valentová, PhD.; Doc. RNDr. Pavla Čapková, CSc.; Václav Bittner; Mgr. Larisa Starovojtová; Mgr. Vitaliy Velichko; Mgr. Andriy Sachko; Mgr. Jarmila Repáková
Období řešení:	2001-2003
Celková dotace:	650 tis. Kč

Souhrn výsledků

(1) Byl určen vliv počátečných poměrů reaktivních - hydroxylových (OH) a isokyanátových (NCO) skupin (poměr [NCO]/[OH] se měnil od 1.05 do 0.4) na fyzikální vlastnosti polyurethanových sítí připravených ze sojového oleje a diisokyanátu; tyto systémy představují perspektivní materiály připravené z obnovitelných zdrojů. S poklesem poměru [NCO]/[OH] roste délka elasticky aktivních řetězců a obsah solu v sítích, přičemž teplota skelného přechodu klesá ze 64 na 9 st. C. Sítě vykazují také perspektivní aplikační vlastnosti – napětí při přetržení se mění v rozmezí 47 až 0.3 MPa a deformace při přetrženi roste od 7 do 232% s poklesem poměru [NCO]/[OH].
(2) Dynamické molekulární simulace v modelovacím prostředí Cerius2 byly použity při teoretickém modelování teplotních fázových přechodů v molekulárních krystalech mesogenních diolů (D) a lineárních kapalně-krystalických (KK) polyurethanů, připravených z D a diisokyanátů. Analýza dynamických trajektorii při různých teplotách umožnila určit změny v konformacích molekul, jež odpovídají KK přechodům určených z DSC a IČ spektroskopie.
(3) Byl vypracován termodynamický model popisující objemové změny nabotnalých polyelektrolytických hybridních gelů se složenými (proteinovými) doménami zabudovanými jako fyzikální uzly sítě v neuspořádaných polymerních hydrogelech. Na proteinové domény působí botnací (osmotické) síly neuspořadaného gelu a při kritické hodnotě osmotické síly se uzel rozbalí, přičemž dochází ke skokové změně objemu. Pro systémy s vázanými náboji na řetězcích sítě při vhodných vnějších podmínkách teorie předpovídá vznik dvou skokových přechodů - rozbalovacího a klasického (což je kolaps vyvolaný změnou interakce voda-polymerní řetězec).
(4) Experimentálně byl stanoven vliv teploty na vznik a rozsah fázového přechodu (kolapsu) ionizovaných sítí poly(N-isopropylmethakrylamidu) ve vodě a vodních roztocích NaCl. Při ohřevu hydrogelů byl nalezen přechod z expandovaného do kolabovaného stavu; podle očekávání teplota přechodu roste s obsahem vázaných nábojů na řetězcích. Rovněž byly proměřeny změny objemu a mechanického chování interpenetrujících sítí (IPNs) na bázi poly(1-vinyl-2-pyrrolidonu) (PVP) a polyakrylamidu (PAAm) s positivními náboji na řetězcích se změnou složení směsného rozpouštědla voda/aceton. U IPNs byly zjištěny dvě přechodové oblasti z expandovaného do kolabovaného stavu; zatímco první přechod (při 44 až 60 obj.% acetonu) odpovídá PAAm složce, druhý přechod (při 75 obj.% acetonu) odpovídá PVP komponentě. Detailní analýza polohy a velikosti změn objemu při přechodech vede k závěru, že i když IPNs vykazují dvoufázovou strukturu, při jejich tvorbě se složky vzájemně ovlivňují.
(5) Protonová 1H NMR spektroskopie vysokého rozlišení byla použita na studium dynamicko-strukturních změn v průběhu teplotně indukovaného fázového přechodu v roztocích poly(N-isopropylmethakrylamidu) (PIPMAm), poly(vinylmethyletheru) (PVME) a směsí PIPMAm/PVME v D2O. Byly prostudovány roztoky v širokém rozsahu koncentrací polymerů; k analýze byly použity 1H NMR spektra a spin-spinové a spin-mřížkové relaxační doby. Bylo nalezeno, že v průběhu fázového přechodu se vytváří globulární struktury; tvorby globulárních struktur se účastní ~ 100% monomerních jednotek. Zavedení nábojů do řetězce vede k závislosti přechodové teploty na koncentraci polymeru a množství nábojů.