Umflarea polimerilor

Umflarea polimerilor (în engleză swelling ) este un fenomen chimic care constă în creșterea volumului unui material plastic , care poate apărea:

în timpul procesului de extrudare , la ieșirea lanțului de aprovizionare ;
dizolvând polimerul într-o soluție .

Fenomenele de umflare pot fi utilizate în mod avantajos pentru producerea de cilindri goi prin extrudare și pentru producerea de geluri și hidrogeluri . Ele sunt, de asemenea, baza mecanismelor de livrare ale unor medicamente .

Umflare în timpul extrudării

Fenomen de umflare la ieșirea extruderului.

Fenomenul de umflare poate apărea în timpul procesului de extrudare a materialelor plastice; acest fenomen (numit în engleză die swelling ^[1] ) se datorează comportamentului viscoelastic al polimerilor ^[1] și constă în recuperarea parțială a formei și volumului pe care polimerul îl avea înainte de a trece prin lanțul de aprovizionare.

Acest fenomen trebuie atribuit relaxării structurii moleculare, cu o scădere consecventă a entropiei posedate de sistem . În timpul trecerii prin matriță, polimerul este comprimat, deoarece există o scădere a secțiunii de trecere, dar debitul rămâne în mod necesar constant, astfel încât viteza crește ( datorită efectului Venturi ).

În timpul fenomenului de umflare a polimerului, în cazul în care trecerea prin lanțul de aprovizionare are loc într-un timp suficient de lung (adică pe măsură ce lungimea lanțului de aprovizionare și vâscozitatea polimerului ^{[1] cresc} ), nodurile fizice ( încâlcire ) se poate topi. Odată ce polimerul a trecut prin lanțul de aprovizionare, nodurile fizice care nu s-au dizolvat tind să readucă polimerul la conformația sa inițială, pentru a minimiza conținutul entropic. ^[2]

Datorită fenomenului de umflare, este posibil să se producă cilindri tubulari prin extrudare. ^[1] De asemenea, este necesar să se ia în considerare acest efect în timpul operațiilor de calandrare , deoarece, ca urmare a umflării, grosimea foilor obținute este mai mare decât distanța dintre cei doi cilindri. ^[1]

Umflare în soluție

Când un polimer este dizolvat într-o soluție, se stabilesc forțe între segmentele lanțului polimeric și solvent, care sunt de magnitudine diferită de forțele pe care le-au experimentat segmentele macromoleculei atunci când se aflau în grosul solidului . În special, există o creștere a distanței cap-coadă , care va fi mai mult sau mai puțin marcată în funcție de:

natura polimerului;
natura solventului;
temperatura.

Mărimea statistică a bilei pentru un solvent bun (stânga), în condiții theta (centru) și pentru un solvent rău (dreapta).

Având în vedere coeficientul de expansiune α, putem avea trei cazuri diferite, care sunt:

α <1: stare proastă de solvent; polimerul se dizolvă cu dificultate în solvent, astfel încât bila statistică a polimerului capătă o amprentă mai mică decât în condițiile theta, adică există o valoare mai mică a distanței medii pătrate cap-coadă;
α = 1: starea theta;
α> 1: starea unui bun solvent; polimerul se dizolvă ușor în solvent, astfel încât bila statistică reprezentativă a polimerului ocupă o amprentă mai mare decât în condițiile theta , adică există o valoare mai mare a distanței medii pătrate cap-coadă.

Fenomenul umflării polimerilor în soluție se află la baza producerii gelurilor și hidrogelurilor , care sunt produse prin punerea polimerului (în special homopolimeri hidrofili sau copolimeri insolubili în apă ) în soluție cu apă. ^[3] Mecanismul de eliberare a unor medicamente se bazează pe acest fenomen. ^[4]