Ternäre polymerhaltige Lösungen - Phasenverhalten und Grenzflächenspannung

Im Rahmen dieser Arbeit wurden experimentelle und theoretische Untersuchungen zum Phasen- und Grenzflächenverhalten von ternären Systemen des Typs Lösungsmittel/Fällungsmittel/Polymer durchgeführt. Diese Art der Mischungen ist vor allem für die Planung und Durchführung der Membranherstellung von Bedeutung, bei der die genaue Kenntnis des Phasendiagramms und der Grenzflächenspannung unabdingbar ist. Als Polymere dienten Polystyrol sowie Polydimethylsiloxan. Im Fall des Polystyrols kam Butanon-2 als Lösungsmittel zum Einsatz, wobei drei niedrigmolekulare lineare Alkohole als Fällungsmittel verwendet wurden. Für Polydimethylsiloxan eignen sich Toluol als Lösungsmittel und Ethanol als Fällungsmittel. Durch Lichtstreumessungen, Dampfdruckbestimmungen mittels Headspace-Gaschromatographie (VLE-Gleichgewichte) sowie Quellungsgleichgewichten lassen sich die thermodynamischen Eigenschaften der binären Subsysteme charakterisieren. Auf Grundlage der Flory-Huggins-Theorie kann das experimentell bestimmte Phasenverhalten (LLE-Gleichgewichte) in guter Übereinstimmung nach der Methode der Direktminimierung der Gibbs'schen Energie modelliert werden. Zieht man die Ergebnisse der Aktivitätsbestimmung von Dreikomponenten-Mischungen mit in Betracht, so ergeben sich systematische Abweichungen zwischen Experiment und Theorie. Sie können auf die Notwendigkeit ternärer Wechselwirkungsparameter zurückgeführt werden, die ebenfalls durch Modellierung zugänglich sind.Durch die aus den VLE- und LLE-Untersuchungen gewonnenen Ergebnissen kann die sog. Hump-Energie berechnet werden, die ein Maß für die Entmischungstendenz darstellt. Diese Größe eignet sich gut zur Beschreibung von Grenzflächenphänomenen mittels Skalengesetzen. Die für binäre Systeme gefundenen theoretisch fundierten Skalenparameter gelten jedoch nur teilweise. Ein neues Skalengesetz lässt erstmals eine Beschreibung über die gesamte Mischungslücke zu, wobei ein Parameter durch eine gemessene Grenzflächenspannung (zwischen Fällungsmittel/Polymer) ersetzt werden kann.

Durchdringungs- und Adsorptionsverhalten von Stern-Polymeren

Änderungen in der Architektur von Polymeren abweichend von einer linearen Kette, beeinflussen deren physikalisch-chemisches Verhalten. Eine mögliche Architektur der verzweigten Moleküle stellen sternförmige Polymere dar. An einem zentralen Molekül als Kern, beispielsweise einem Dendrimer, sind an dessen Endpunkte lineare Polymerketten kovalent gebunden. In dieser Arbeit wurden zwei Problemstellungen behandelt. Zunächst wurde das Verhalten von Sternpolymeren aus Polybutadien in einer Matrix aus linearem Polybutadien mittels Neutronenkleinwinkelstreuung untersucht. Die Molekulargewichte der linaren Ketten wurden so gewählt, daî eines ein kleineres und das zweite ein größeres Molekulargewicht hat, als der leichteste bzw. schwerste Arm der verwendeten Sternpolymere. Neben den Parametern Armanzahl und -gewicht wurde die Konzentrations- und Temperaturabhängig durchgeführt. Die aus diesen Messungen extrahierten Parameter wurden mit den theoretischen Vorhersagen bezüglich des Skalenverhaltens vonSternpolymeren in derartigen Mischungen verglichen. Weiterhin wurde ein Interaktionsparameter bestimmt und in einzelne Anteile verschiedener Arten der Wechselwirkungen zerlegt. Die zweite Fragestellung betraf das Adsorptionsverhalten von Sternpolymeren im Vergleich mit linearen Polymeren. Es wurde die Kinetik der Adsorption mittels Ellipsometrie, die Strukturbildung mit dem Rasterkraftmikroskop und Streuung unter streifendem Einfalluntersucht.

Beeinflussung der Grenzflächenspannung zwischen den Schmelzen "unverträglicher" Homopolymere durch Copolymere

Im Rahmen dieser Arbeit wurde am System Polyethylenoxid / Polypropylenoxid (PEO / PPO) der Einfluß von Copolymeren auf die Grenzflächenspannung Sigma von Homopolymerblends untersucht. Als Additive dienten Triblockcopolymere EO-block-PO-block-EO bzw. PO-block-EO-block-PO, Diblockcopolymere S-block-EO sowie statistische Copolymere EO-ran-PO. Die Additive wurden so ausgewählt, daß sich Paare von Additiven jeweils in genau einer Eigenschaft (Zusammensetzung, Kettenlänge, Blockanordnung) unterscheiden, in allen anderen Parametern jedoch vergleichbar sind. Die Grenzflächenspannung wurde experimentell mit Hilfe der Pendant-Drop-Methode in Abhängigkeit von der Temperatur ermittelt, wobei das Polymer mit der höheren Dichte, PEO, die Tropfenphase und PPO die Matrixphase bildet. Das Additiv wurde bei Messung der Grenzflächenspannung der ternären Systeme in unterschiedlichen Konzentrationen entweder einer oder beiden Homopolymerphasen zugegeben. Die Konzentrationsabhängigkeit von Sigma lässt sich sowohl mit dem Modell von Tang und Huang als auch mit einem Langmuir-analogen Ansatz gut beschreiben.Um den Zusammenhang zwischen sigma und dem Phasenverhalten zu untersuchen, wurden für einige der ternären Systeme Trübungskurven bei 100°C aufgenommen. Der Vergleich zwischen den Phasendiagrammen und den korrespondierenden Werten von sigma weist darauf hin, dass ein Additiv sigma gerade dann wirksam reduziert, wenn es einem Homopolymer zugefügt wird, mit dem es nur begrenzt verträglich ist, da dann die Triebkraft zur Anlagerung an der Grenzfläche besonders ausgeprägt ist. Das bereits bekannte Phänomen, wonach der Wert der Grenzflächenspannung davon abhängig sein kann, in welcher der Phasen das Additiv zu Beginn der Messung vorliegt, wurde ausführlich untersucht. Es wird angenommen, dass das System nicht in jedem Fall das thermodynamische Gleichgewicht erlangt und der beobachtete Effekt auf das Erreichen stationärer Zustände zurückzuführen ist. Dieses Verhalten kann mit einem Modell beschrieben werden, in welches das Viskositätsverhältnis der Homopolymere sowie der Verteilungskoeffizient des Copolymers zwischen den Homopolymerphasen eingehen. Aus Löslichkeitsparametern wurde der binäre Wechselwirkungsparameter Chi PEO/PPO = 0.18 abgeschätzt und mit diesem die theoretischen Werte für sigma zwischen PEO und PPO nach den Modellen von Roe bzw. Helfand und Tagami berechnet. Der Vergleich mit den experimentellen Daten des binären Systems zeigt, dass beide Ansätze sigma-Werte liefern, die in der Größenordnung der experimentellen Daten liegen, hierbei erweist sich der Ansatz von Roe als besonders geeignet. Die Temperaturabhängigkeit der Grenzflächenspannung wird jedoch durch beide Ansätze unzutreffend wiedergegeben. Mit dem Modell von Helfand und Tagami wurden eine Grenzflächendicke von 7.9 Å und das Dichteprofil der Grenzfläche berechnet. Für die Copolymere EO92PO56EO92 und S9EO22 (die Indices geben die Zahl der Monomereinheiten an) können die Grenzflächenüberschusskonzentrationen, die kritische Mizellenkonzentration sowie der einem Additivmolekül an der Grenzschicht zur Verfügung stehende Platz bestimmt werden.Der Vergleich unterschiedlicher Copolymere hinsichtlich ihrer Fähigkeit, sigma wirkungsvoll herabzusetzen, zeigt, dass im Fall von Triblockcopolymeren die Anordnung der Blöcke gegenüber der Zusammensetzung eine untergeordnete Rolle spielt. Mit zunehmender Kettenlänge nimmt die Effektivität als Compatibilizer sowohl bei Blockcopolymeren als auch bei statistischen Copolymeren zu.

Comparison of Lattice-Fluid Binary Parameters For Mixtures and Block Copolymers

The aim of this report is to discuss the method of determination of lattice-fluid binary interaction parameters by comparing well characterized immiscible blends and block copolymers of poly(methyl methacrylate) (PMMA) and poly(ϵ−caprolactone) (PCL). Experimental pressure-volume-temperature (PVT) data in the liquid state were correlated with the Sanchez—Lacombe (SL) equation of state with the scaling parameters for mixtures and copolymers obtained through combination rules of the characteristic parameters for the pure homopolymers. The lattice-fluid binary parameters for energy and volume were higher than those of block copolymers implying that the copolymers were more compatible due to the chemical links between the blocks. Therefore, a common parameter cannot account for both homopolymer blend and block copolymer phase behaviors based on current theory. As we were able to adjust all data of the mixtures with a single set of lattice-binary parameters and all data of the block copolymers with another single set we can conclude that both parameters did not depend on the composition for this system. This characteristic, plus the fact that the additivity law of specific volumes can be suitably applied for this system, allowed us to model the behavior of the immiscible blend with the SL equation of state. In addition, a discussion on the relationship between lattice-fluid binary parameters and the Flory–Huggins interaction parameter obtained from Leibler's theory is presented.

Effects of potential models on the adsorption of ethane and ethylene on graphitized thermal carbon black. Study of two-dimensional critical temperature and isosteric heat versus loading

Adsorption of ethylene and ethane on graphitized thermal carbon black and in slit pores whose walls are composed of graphene layers is studied in detail to investigate the packing efficiency, the two-dimensional critical temperature, and the variation of the isosteric heat of adsorption with loading and temperature. Here we used a Monte Carlo simulation method with a grand canonical Monte Carlo ensemble. A number of two-center Lennard-Jones (LJ) potential models are investigated to study the impact of the choice of potential models in the description of adsorption behavior. We chose two 2C-LJ potential models in our investigation of the (i) UA-TraPPE-LJ model of Martin and Siepmann (J. Phys. Chem. B 1998,102, 25692577) for ethane and Wick et al. (J. Phys. Chem. B 2000,104, 8008-8016) for ethylene and (ii) AUA4-LJ model of Ungerer et al. (J. Chem. Phys. 2000,112, 5499-5510) for ethane and Bourasseau et al. (J. Chem. Phys. 2003, 118, 3020-3034) for ethylene. These models are used to study the adsorption of ethane and ethylene on graphitized thermal carbon black. It is found that the solid-fluid binary interaction parameter is a function of adsorbate and temperature, and the adsorption isotherms and heat of adsorption are well described by both the UA-TraPPE and AUA models, although the UA-TraPPE model performs slightly better. However, the local distributions predicted by these two models are slightly different. These two models are used to explore the two-dimensional condensation for the graphitized thermal carbon black, and these values are 110 K for ethylene and 120 K for ethane.

Equilibrium swelling measurements of network and semicrystalline polymers in supercritical carbon dioxide using high-pressure NMR

The extent of swelling of cross-linked poly(dimethylsiloxane) and linear low-density poly(ethylene) in supercritical CO2 has been investigated using high-pressure NMR spectroscopy and microscopy. Poly(dimethylsiloxane) was cross-linked to four different cross-link densities and swollen in supercritical CO2. The Flory-Huggins interaction parameter, x, was found to be 0.62 at 300 bar and 45 degrees C, indicating that supercritical CO2 is a relatively poor solvent compared to toluene or benzene. Linear low-density poly(ethylene) was shown to exhibit negligible swelling upon exposure to supercritical CO2 up to 300 bar. The effect Of CO2 pressure on the amorphous region of the poly(ethylene) was investigated by observing changes in the H-1 T-2 relaxation times of the polymer. These relaxation times decreased with increasing pressure, which was attributed to a decrease in mobility of the polymer chains as a result of compressive pressure.

On the multicomponent polynomial solution models

The present study addresses the problem of predicting the properties of multicomponent systems from those of corresponding binary systems. Two types of multicomponent polynomial models have been analysed. A probabilistic interpretation of the parameters of the Polynomial model, which explicitly relates them with the Gibbs free energies of the generalised quasichemical reactions, is proposed. The presented treatment provides a theoretical justification for such parameters. A methodology of estimating the ternary interaction parameter from the binary ones is presented. The methodology provides a way in which the power series multicomponent models, where no projection is required, could be incorporated into the Calphad approach.

Real-time monitoring and kinetic parameter estimation of the affinity interaction of jArtinM and rArtinM with peroxidase glycoprotein by the electrogravimetric technique

ArtinM is a D-mannose binding lectin that has been arousing increasing interest because of its biomedical properties, especially those involving the stimulation of Th1 immune response, which confers protection against intracellular pathogens The potential pharmaceutical applications of ArtinM have motivated the production of its recombinant form (rArtinM) so that it is important to compare the sugar-binding properties of jArtinM and rArtinM in order to take better advantage of the potential applications of the recombinant lectin. In this work, a biosensor framework based on a Quartz Crystal Microbalance was established with the purpose of making a comparative study of the activity of native and recombinant ArtinM protein The QCM transducer was strategically functionalized to use a simple model of protein binding kinetics. This approach allowed for the determination of the binding/dissociation kinetics rate and affinity equilibrium constant of both forms of ArtinM with horseradish peroxidase glycoprotein (HRP), a N-glycosylated protein that contains the trimannoside Man alpha 1-3[Man alpha 1-6]Man, which is a known ligand for jArtinM (Jeyaprakash et al, 2004). Monitoring of the real-time binding of rArtinM shows that it was able to bind HRP, leading to an analytical curve similar to that of jArtinM, with statistically equivalent kinetic rates and affinity equilibrium constants for both forms of ArtinM The lower reactivity of rArtinM with HRP than jArtinM was considered to be due to a difference in the number of Carbohydrate Recognition Domains (CRDs) per molecule of each lectin form rather than to a difference in the energy of binding per CRD of each lectin form. (C) 2010 Elsevier B V. All rights reserved

Real-time monitoring and kinetic parameter estimation of the affinity interaction of jArtinM and rArtinM with peroxidase glycoprotein by the electrogravimetric technique

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Parameter-based mechanism for unifying user interaction, applications and communication protocols

In the smart building control industry, creating a platform to integrate different communication protocols and ease the interaction between users and devices is becoming increasingly important. BATMP is a platform designed to achieve this goal. In this paper, the authors describe a novel mechanism for information exchange, which introduces a new concept, Parameter, and uses it as the common object among all the BATMP components: Gateway Manager, Technology Manager, Application Manager, Model Manager and Data Warehouse. Parameter is an object which represents a physical magnitude and contains the information about its presentation, available actions, access type, etc. Each component of BATMP has a copy of the parameters. In the Technology Manager, three drivers for different communication protocols, KNX, CoAP and Modbus, are implemented to convert devices into parameters. In the Gateway Manager, users can control the parameters directly or by defining a scenario. In the Application Manager, the applications can subscribe to parameters and decide the values of parameters by negotiating. Finally, a Negotiator is implemented in the Model Manager to notify other components about the changes taking place in any component. By applying this mechanism, BATMP ensures the simultaneous and concurrent communication among users, applications and devices.

Field theory model for dark matter and dark energy in interaction

We propose a field theory model for dark energy and dark matter in interaction. Comparing the classical solutions of the field equations with the observations of the CMB shift parameter, baryonic acoustic oscillations, lookback time, and the Gold supernovae sample, we observe a possible interaction between dark sectors with energy decay from dark energy into dark matter. The observed interaction provides an alleviation to the coincidence problem.

Intersubband-induced spin-orbit interaction in quantum wells

Recently, we have found an additional spin-orbit (SO) interaction in quantum wells with two subbands [Bernardes , Phys. Rev. Lett. 99, 076603 (2007)]. This new SO term is nonzero even in symmetric geometries, as it arises from the intersubband coupling between confined states of distinct parities, and its strength is comparable to that of the ordinary Rashba. Starting from the 8x8 Kane model, here we present a detailed derivation of this new SO Hamiltonian and the corresponding SO coupling. In addition, within the self-consistent Hartree approximation, we calculate the strength of this new SO coupling for realistic symmetric modulation-doped wells with two subbands. We consider gated structures with either a constant areal electron density or a constant chemical potential. In the parameter range studied, both models give similar results. By considering the effects of an external applied bias, which breaks the structural inversion symmetry of the wells, we also calculate the strength of the resulting induced Rashba couplings within each subband. Interestingly, we find that for double wells the Rashba couplings for the first and second subbands interchange signs abruptly across the zero bias, while the intersubband SO coupling exhibits a resonant behavior near this symmetric configuration. For completeness we also determine the strength of the Dresselhaus couplings and find them essentially constant as function of the applied bias.

Molecular dynamics, density functional, ADMET predictions, virtual screening, and molecular interaction field studies for identification and evaluation of novel potential CDK2 inhibitors in cancer therapy

In this work, we have used molecular dynamics, density functional theory, virtual screening, ADMET predictions, and molecular interaction field studies to design and propose eight novel potential inhibitors of CDK2. The eight molecules proposed showed interesting structural characteristics that are required for inhibiting the CDK2 activity and show potential as drug candidates for the treatment of cancer. The parameters related to the Rule of Five were calculated, and only one of the molecules violated more than one parameter. One of the proposals and one of the drug-like compounds selected by virtual screening indicated to be promising candidates for CDK2-based cancer therapy.

The interaction between the equity premium and the risk-free rate

The equity premium arises from the interaction between the atemporal risk premium for equity, the risk-free rate of intertemporal substitution and the impact of risk on the precautionary motive for saving. Depending on parameter values, the equity premium may either be increased or reduced by the presence of undiversifiable background risk. (C) 2000 Elsevier Science S.A. All rights reserved.

A new integrable model of strongly correlated electrons with Hubbard-like interaction

A new completely integrable model of strongly correlated electrons is proposed which describes two competitive interactions: one is the correlated one-particle hopping, the other is the Hubbard-like interaction. The integrability follows from the fact that the Hamiltonian is derivable from a one-parameter family of commuting transfer matrices. The Bethe ansatz equations are derived by algebraic Bethe ansatz method.