reverzibilní gel
reversible gel
Elastický
gel, který se při sušení smršťuje za vzniku kompaktního
xerogelu. Je schopen pohlcovat kapalinu za zvětšování objemu (
botnat). Prostorová struktura reverzibilního gelu je tvořena sítí makromolekulárních řetězců spojených působením sil fyzikální nebo chemické povahy v místech, které se nazývají
uzly,
uzlové body nebo
uzlové oblasti.
Fyzikálně síťované gely
vznikají spojováním úseků polymerních řetězců působením fyzikálních sil (van der Waalsových, polárních sil, vodíkových vazeb) do uzlů, nebo uzlových oblastí. K asociaci mezi jednotlivými řetězci dochází, sníží-li se afinita k rozpouštědlu některých skupin nebo sekvencí (chemicky nebo stereochemicky odlišných od ostatních částí makromolekulárního řetězce), např. snížením teploty, zvýšením koncentrace nebo zhoršením kvality rozpouštědla. Jedna makromolekula může být zapojena do několika uzlových oblastí.
Jinou možností tvorby fyzikálně síťovaných gelů je separace na koncentrovanou a zředěnou fázi při ochlazení roztoku amorfního polymeru pod kritickou teplotu rozpouštěcí. Provedeme-li separaci za určitých podmínek, pak vznikající gel obsahuje submikroskopické oblasti koncentrované fáze vzájemně propojené řetězci makromolekul obsažených ve zředěné fázi.
Jestliže je asociace makromolekul nepravidelná, náhodná, vznikají fyzikálním síťováním
amorfní gely (obr. 1a). Při vzniku gelu se části lineárních makromolekul mohou ukládat rovnoběžně a tím se v těchto oblastech vytváří krystalická mřížka. Vznikají gely, ve kterých se střídají oblasti se strukturou krystalickou – tzv.
krystality, s oblastmi amorfními (obr. 1b). Přechod od amorfního uspořádání ke
krystalitům je spojitý.
Kromě spojování makromolekulárních řetězců působením fyzikálních sil může docházet ke tvorbě gelů také tzv. geometrickým síťováním - mechanickým propletením řetězců v důsledku tepelného pohybu (obr. 1c).
|
|
Obr. 1 Síťovitá struktura vysokomolekulárních gelů
(a) amorfní gel, (b) gel se submikroskopickými krystalickými oblastmi, (c) geometricky síťovaný gel
|
Uzlové oblasti fyzikálně síťovaných gelů se liší strukturou, velikostí, a hlavně pevností a dobou trvání, což má velký vliv na vlastnosti vzniklých gelů. Gely s pevnými spoji se pod mechanickým napětím chovají obdobně jako gely s kovalentními vazbami. Sítě gelů se slabými uzly se rozpadají jak vlivem větších napětí, tak zvýšením teploty. Některé gely mohou být ohřátím převedeny na roztok a ochlazením roztoku opět na gel (
termoreverzibilní gely).
Kovalentně síťované makromolekulární gely
představují nekonečnou trojrozměrnou síťovitou strukturu tvořenou chemickými vazbami (obr. 2) která může vznikat vhodně uspořádanou polymerací monomerů nebo z lineárních polymerů zesíťováním za přítomnosti vhodného činidla. Struktura gelů s chemickými vazbami je velmi pevná. Xerogely, vznikající jejich vysušením, v rozpouštědlech botnají, ale zpět na roztok by je bylo možno převést jedině odbouráním chemických vazeb, přičemž by se však nezrušily pouze ty vazby, které vznikly při gelaci.
|
|
Obr. 2 Kovalentně síťované gely
|
Grafy souvislostí do úrovně:
I
II