Μοριακή δυναμική θερμοαποκρινόμενων συμπολυμερών στυρενίου και ακρυλικών πολυμερών σε υδατικά διαλύματα

Abstract

Στην παρούσα εργασία μελετήθηκαν συμπολυμερή στυρενίου και θερμοαποκρινόμενων πολυμερών poly(N-isopropyl acrylamide) (PNIPAM) και poly(Methoxydiethylenglycol Acrylate) (PMDEGA) σε υδατικά διαλύματα διαφορετικών συγκεντρώσεων. Συγκεκριμένα, το P(S62-NIPAM115) με 75wt% περιεκτικότητα σε νερό και μικροδομή αστρόμορφων μικυλίων και το P(S18-MDEGA304-S18) με 80wt% και 50wt% νερό και δομή δικτύου ανθόμορφων μικυλίων. Η δομή των υπό μελέτη συστημάτων έχει διερευνηθεί από την ομάδα της κυρίας Papadakis με μεθόδους σκέδασης νετρονίων (SANS) και ακτινών Χ (SAXS) και τα αποτελέσματα της έρευνας αυτής είναι καθοριστικής σημασίας για το σχεδιασμό των πειραμάτων και την κατανόηση των αποτελεσμάτων της παρούσας εργασίας. Σκοπός είναι η καταγραφή της θερμοαπόκρισης με τις μεθόδους Διαφορικής Θερμιδομετρίας (DSC) και Διηλεκτρικής Φασματοσκοπίας Εναλλασσόμενου Πεδίου (DRS), η διερεύνηση της επίδρασης του πάχους του πυκνωτή και του ποσοστού υδάτωσης (όπου ήταν εφικτό) και η παρατήρηση των φαινομένων της πόλωσης των ηλεκτροδίων και των διεπιφανειών (μηχανισμός Maxwell-Wagner-Sillars). Στα πλαίσια αυτού του στόχου έγιναν μετρήσεις DSC, απλού τύπου μετρήσεις DRS σε θερμοκρασίες υπό του μηδενός και πλησίον της περιοχής της LCST-transition, καθώς επίσης και μετρήσεις θερμοκρασιακής ράμπας με διέγερση τεσσάρων διαφορετικών συχνοτήτων εύρους 103-106 Hz. Τα αποτελέσματα δίνουν το έναυσμα για περαιτέρω μελέτη των διηλεκτρικών ιδιοτήτων των υλικών αυτών, δεδομένου ότι τα θερμοαποκρινόμενα συμπολυμερή βρίσκονται στο επίκεντρο του επιστημονικού ενδιαφέροντος εξαιτίας των δυνητικών εφαρμογών στη βιοτεχνολογία, τη μικρο-ρευστομηχανική και την τεχνολογία αισθητήρων.

The present diploma thesis is a study on copolymers consisted of styrene and thermoresponsive polymers poly(N-isopropyl acrylamide) (PNIPAM) and poly(Methoxydiethylenglycol Acrylate) (PMDEGA) in aqueous solutions of different concentration. Specifically, the samples examined are P(S62-NIPAM115) containing 75wt% water, star-like micellar nanostructure and P(S18-MDEGA304-S18) in 80wt% and 50wt% water in the form of flower-like micellar network. The structure of the systems under investigation have been studied by Papadakis et al. utilizing neutron scattering (SANS) and small-angle X-ray scattering (SAXS) methods. The results were of decisive importance for the design of the experiments and the interpretation of the current results. The aim, herein, is the observation of the materials’ thermoresponsiveness with Differential Scanning Calorimetry (DSC) and Dielectric Relaxation Spectroscopy (DRS) techniques. The effect of capacitor thickness on the dielectric spectra results, electrode and interface polarization are under investigation. Within this framework, DSC measurements and DRS measurements in below-zero temperatures and around LCST-transition temperature area took place. Furthermore, the materials’ response in the stimulation of four different frequencies (103-106 Hz) has been measured by applying thermal ramp DRS experiments. The results give rise to further studies of the dielectric properties of this kind of hydrogels, as the thermoresponsive copolymers have attracted considerable scientific interest due to their unique properties and potential applications in biotechnology, micro-fluidics and sensor development.