Động lực học của hiện tượng sưng phồng do điện và hóa học trong các gel polyme điện phân

Journal of Chemical Physics - Tập 93 Số 6 - Trang 4462-4472 - 1990
Paul E. Grimshaw1, Jeremy Howard Nussbaum1, Alan J. Grodzinsky1, Martin L. Yarmush2
1Continuum Electromechanics Group, Laboratory for Electromagnetic and Electronic Systems, Department of Electrical Engineering and Computer Science, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, Massachusetts 02139
2Department of Chemical and Biochemical Engineering and the Center for Advanced Biotechnology and Medicine, Rutgers University, Piscataway, New Jersey 08854

Tóm tắt

Sự sưng phồng và co lại có kiểm soát của các gel polyme điện phân rất hữu ích cho việc điều chỉnh sự vận chuyển của các chất hòa tan vào, ra ngoài và xuyên qua các vật liệu này. Một mô hình liên tục vĩ mô được trình bày để dự đoán động lực học của hiện tượng sưng phồng trong các màng gel polyme điện phân do sự gia tăng lực sưng phồng tĩnh điện phát sinh từ các nhóm điện tích cố định trong màng. Mô hình này tính đến sự vận chuyển ion trong màng, hiện tượng điện khuếch tán, sự phân ly của các nhóm điện tích trong màng, dòng chảy chất lỏng bên trong màng và biến dạng cơ học của ma trận màng. Các dự đoán của mô hình được so sánh với các phép đo hiện tượng sưng phồng và co lại do hóa học và điện học trong các màng axit polymethacrylic (PMAA) đã được liên kết chéo. Các biến đổi lớn, đảo ngược trong độ ẩm của màng PMAA đã được quan sát sau khi thay đổi độ pH của bể hoặc bằng cách áp dụng một trường điện để thay đổi môi trường ion bên trong màng và mật độ điện tích cố định. Một quá trình sưng phồng tương đối chậm và sự co lại nhanh hơn cho cả hai sự điều chế hóa học và điện học của độ pH bên trong màng đã được quan sát. Mô hình chỉ ra rằng hiện tượng giảm tốc của sự sưng phồng màng chủ yếu bị chi phối bởi sự phản ứng bị khuếch tán của ion H+ với các nhóm điện tích trong màng, và sự co lại nhanh hơn chủ yếu bị giới hạn bởi các quá trình cơ học.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

1987, Adv. Polymer Sci., 82, 1, 10.1007/BFb0024041

1950, Nature, 165, 514, 10.1038/165514a0

1986, Chem. Eng. Sci., 41, 2153, 10.1016/0009-2509(86)87131-7

1985, Mat. Res., 19, 1117

1988, Macromol., 21, 3254, 10.1021/ma00189a021

1980, Biopolymers, 19, 241, 10.1002/bip.1980.360190204

1984, J. Mem. Sci., 19, 173, 10.1016/S0376-7388(00)80207-0

1990, Chem. Eng. Sci., 45, 2917, 10.1016/0009-2509(90)80183-F

1982, Science, 218, 467, 10.1126/science.218.4571.467

1956, Z. Phys. Chem., 8, 207, 10.1524/zpch.1956.8.3_4.207

156, J. Phys. Chem., 60, 641

1957, J. Polym. Sci., 23, 683, 10.1002/pol.1957.1202310412

1984, Macromol., 17, 2916, 10.1021/ma00142a081

1965, J. Colloid Sci., 20, 962, 10.1016/0095-8522(65)90068-1

1971, J. Theor. Biol., 30, 93, 10.1016/0022-5193(71)90039-7

1979, J. Chem. Phys., 70, 1214, 10.1063/1.437602

1981, J. Appl. Phys., 52, 3391, 10.1063/1.329164

1981, J. Membrane Science, 8, 193, 10.1016/S0376-7388(00)82090-6

1984, J. Biomech. Eng., 106, 151, 10.1115/1.3138473

1987, J. Biomech. Eng., 109, 79, 10.1115/1.3138647

1989, Chem. Eng. Sci., 44, 827, 10.1016/0009-2509(89)85256-X

1955, Proc. Roy. Soc. A, 232, 498

1986, AIChE Symp. Ser., 82, 85

1989, Chem. Eng. Sci., 44, 559, 10.1016/0009-2509(89)85032-8

1988, Polym. Commun., 29, 204

Thông tin
Thông tin xuất bản

Journal of Chemical Physics

Tập 93 Số 6

4462-4472

Thông tin tác giả