Nanostructure des particules polymériques : aspects physiques, chimiques et biologiques

Les nanotechnologies appliquées aux sciences pharmaceutiques ont pour but d’améliorer l’administration de molécules actives par l’intermédiaire de transporteurs nanométriques. Parmi les différents types de véhicules proposés pour atteindre ce but, on retrouve les nanoparticules polymériques (NP) constituées de copolymères “en bloc”. Ces copolymères permettent à la fois l’encapsulation de molécules actives et confèrent à la particule certaines propriétés de surface (dont l’hydrophilicité) nécessaires à ses interactions avec les milieux biologiques. L’architecture retenue pour ces copolymères est une structure constituée le plus fréquemment de blocs hydrophiles de poly(éthylène glycol) (PEG) associés de façon linéaire à des blocs hydrophobes de type polyesters. Le PEG est le polymère de choix pour conférer une couronne hydrophile aux NPs et son l’efficacité est directement liée à son organisation et sa densité de surface. Néanmoins, malgré les succès limités en clinique de ces copolymères linéaires, peu de travaux se sont attardés à explorer les effets sur la structure des NPs d’architectures alternatives, tels que les copolymères en peigne ou en brosse. Durant ce travail, plusieurs stratégies ont été mises au point pour la synthèse de copolymères en peigne, possédant un squelette polymérique polyesters-co-éther et des chaines de PEG liées sur les groupes pendants disponibles (groupement hydroxyle ou alcyne). Dans la première partie de ce travail, des réactions d’estérification par acylation et de couplage sur des groupes pendants alcool ont permis le greffage de chaîne de PEG. Cette méthode génère des copolymères en peigne (PEG-g-PLA) possédant de 5 à 50% en poids de PEG, en faisant varier le nombre de chaînes branchées sur un squelette de poly(lactique) (PLA). Les propriétés structurales des NPs produites ont été étudiées par DLS, mesure de charge et MET. Une transition critique se situant autour de 15% de PEG (poids/poids) est observée avec un changement de morphologie, d’une particule solide à une particule molle (“nanoagrégat polymére”). La méthode de greffage ainsi que l’addition probable de chaine de PEG en bout de chaîne principale semblent également avoir un rôle dans les changements observés. L’organisation des chaînes de PEG-g-PLA à la surface a été étudiée par RMN et XPS, méthodes permettant de quantifier la densité de surface en chaînes de PEG. Ainsi deux propriétés clés que sont la résistance à l’agrégation en conditions saline ainsi que la résistance à la liaison aux protéines (étudiée par isothermes d’adsorption et microcalorimétrie) ont été reliées à la densité de surface de PEG et à l’architecture des polymères. Dans une seconde partie de ce travail, le greffage des chaînes de PEG a été réalisé de façon directe par cyclo-adition catalysée par le cuivre de mPEG-N3 sur les groupes pendants alcyne. Cette nouvelle stratégie a été pensée dans le but de comprendre la contribution possible des chaines de PEG greffées à l’extrémité de la chaine de PLA. Cette librairie de PEG-g-PLA, en plus d’être composée de PEG-g-PLA avec différentes densités de greffage, comporte des PEG-g-PLA avec des PEG de différent poids moléculaire (750, 2000 et 5000). Les chaines de PEG sont seulement greffées sur les groupes pendants. Les NPs ont été produites par différentes méthodes de nanoprécipitation, incluant la nanoprécipitation « flash » et une méthode en microfluidique. Plusieurs variables de formulation telles que la concentration du polymère et la vitesse de mélange ont été étudiées afin d’observer leur effet sur les caractéristiques structurales et de surface des NPs. Les tailles et les potentiels de charges sont peu affectés par le contenu en PEG (% poids/poids) et la longueur des chaînes de PEG. Les images de MET montrent des objets sphériques solides et l'on n’observe pas d’objets de type agrégat polymériques, malgré des contenus en PEG comparable à la première bibliothèque de polymère. Une explication possible est l’absence sur ces copolymères en peigne de chaine de PEG greffée en bout de la chaîne principale. Comme attendu, les tailles diminuent avec la concentration du polymère dans la phase organique et avec la diminution du temps de mélange des deux phases, pour les différentes méthodes de préparation. Finalement, la densité de surface des chaînes de PEG a été quantifiée par RMN du proton et XPS et ne dépendent pas de la méthode de préparation. Dans la troisième partie de ce travail, nous avons étudié le rôle de l’architecture du polymère sur les propriétés d’encapsulation et de libération de la curcumine. La curcumine a été choisie comme modèle dans le but de développer une plateforme de livraison de molécules actives pour traiter les maladies du système nerveux central impliquant le stress oxydatif. Les NPs chargées en curcumine, montrent la même transition de taille et de morphologie lorsque le contenu en PEG dépasse 15% (poids/poids). Le taux de chargement en molécule active, l’efficacité de changement et les cinétiques de libérations ainsi que les coefficients de diffusion de la curcumine montrent une dépendance à l’architecture des polymères. Les NPs ne présentent pas de toxicité et n’induisent pas de stress oxydatif lorsque testés in vitro sur une lignée cellulaire neuronale. En revanche, les NPs chargées en curcumine préviennent le stress oxydatif induit dans ces cellules neuronales. La magnitude de cet effet est reliée à l’architecture du polymère et à l’organisation de la NP. En résumé, ce travail a permis de mettre en évidence quelques propriétés intéressantes des copolymères en peigne et la relation intime entre l’architecture des polymères et les propriétés physico-chimiques des NPs. De plus les résultats obtenus permettent de proposer de nouvelles approches pour le design des nanotransporteurs polymériques de molécules actives.

Studies on NBR/PVC Blends

Studies conducted on butadiene-acrylonitrile copolymer (NBR)/poly(vinyl chloride) (PVC) blends at different temperatures indicate that an optimum temperature exists for the formation of a particular blend. The mechanical properties of the blends confirm this observation. PVC stabilizer based on, magnesium oxide , zinc oxide, and stearic acid was found to be very useful in NBR/PVC blends.

Effect of Blending Techniques on the Curing of Elastomer Blends

Compounding of styrene-butadiene copolymer/polybutadiene , natural rubber/ ethylene-propylene-diene terpolymer and natural rubber/butadiene-acrylonitrile copolymer blends was done in three different ways and their curing behaviour and the tensile properties of the es are compared.

Novel adhesive systems based on neoprene-phenolic blends

The aim of the investigation is to develop new high performance adhesive systems based on neoprene-phenolic blends. Initially the effect of addition of all possible ingredients like fillers, adhesion promoters, curing agents and their optimum compositions to neoprene solution is investigated. The phenolic resin used is a copolymer of phenol-cardanolformaldehyde prepared in the laboratory. The optimum ratio between phenol and cardanol that gives the maximum bond strength in metal-metal, rubber-rubber and rubber-metal specimens has been identified. Further the ratio between total phenols and formaldehyde is also optimised. The above adhesive system is further modified by the addition of epoxidized phenolic novolacs. For this purpose, phenolic novolac resins are prepared in different stoichiometric ratios and are subsequently epoxidized. The effectiveness of the adhesive for bonding different metal and rubber substrates is another part of the study. To study the ageing behaviour, different bonded specimens are exposed to high temperature, hot water and salt water and adhesive properties have been evaluated. The synthesized resins have been characterized by FTIR , HNMR spectroscopy. The molecular weights of the resins have been obtained by GPC. Thermogravimetric analysis and differential scanning calorimetry are used to study the thermal properties. The fractured surface analysis is studied by scanning electron microscopy. The study has brought to light the influence of phenol/ formaldehyde stoichiometric ratio, addition of cardanol (a renewable resource), adhesion promoters and suitability of the adhesive for different substrates and the age resistance of adhesive joints among other things.

Development of novel surface coatings based on acrylic copolymers

The present study describes the preparation of Vinyl acetate-Butyl acrylate copolymer lattices of varying compositions and solid contents by semicontinuous emulsion polymerization method. This copolymer lattices were used as binder to develop a new surface coating formulation. The properties of this surface coating were improved by using nano TiO2 colloidal sol as a pigment. Antimicrobial activity of surface coatings was improved by the addition of carboxymethyl chitosan as biocide. Uniformly dispersed tyre crumb was used to give a mat finish to the coating. The mechanical properties adhesive properties, thermal properties etc. of the coatings are presented in thesis.

Novel Melt Transurethane Process for Cycloaliphatic Polyurethanes and Their Self-Organization for Nano-Materials

In this introduction part, importance has been given to the elastomeric properties of polyurethanes. Emphasis has been laid to this property based on microphase separation and how this could be modified by modifying the segment lengths, as well as the structure of the segments. Implication was also made on the mechanical and thermal properties of these copolymers based on various analytical methods usually used for characterization of polymers. A brief overview of the challenges faced by the polyurethane chemistry was also done, pointing to the fact that though polyurethane industry is more than 75 years old, still a lot of questions remain unanswered, that too mostly in the synthesis of polyurethanes. A major challenge in this industry is the utilization of more environmental friendly “Green Chemistry Routes” for the synthesis of polyurethanes which are devoid of any isocyanates or harsh solvents.The research work in this thesis was focused to develop non-isocyanate green chemical process for polyurethanes and also self-organize the resultant novel polymers into nano-materials. The thesis was focused on the following three major aspects:(i) Design and development of novel melt transurethane process for polyurethanes under non-isocyanate and solvent free melt condition. (ii) Solvent induced self-organization of the novel cycloaliphatic polyurethanes prepared by the melt transurethane process into microporous templates and nano-sized polymeric hexagons and spheres. (iii) Novel polyurethane-oligophenylenevinylene random block copolymer nano-materials and their photoluminescence properties. The second chapter of the thesis gives an elaborate discussion on the “Novel Melt Transurethane Process ” for the synthesis of polyurethanes under non-isocyanate and solvent free melt condition. The polycondensation reaction was carried out between equimolar amounts of a di-urethane monomer and a diol in the presence of a catalyst under melt condition to produce polyurethanes followed by the removal of low boiling alcohol from equilibrium. The polymers synthesized through this green chemical route were found to be soluble (devoid of any cross links), thermally stable and free from any isocyanate entities. The polymerization reaction was confirmed by various analytical techniques with specific references to the extent of reaction which is the main watchful point for any successful polymerization reaction. The mechanistic aspects of the reaction were another point of consideration for the novel polymerization route which was successfully dealt with by performing various model reactions. Since this route was successful enough in synthesizing polyurethanes with novel structures, they were employed for the solvent induced self-organization which is an important area of research in the polymer world in the present scenario. Chapter three mesmerizes the reader with multitudes of morphologies depending upon the chemical backbone structure of the polyurethane as well as on the nature and amount of various solvents employed for the self-organization tactics. The rationale towards these morphologies-“Hydrogen Bonding ” have been systematically probed by various techniques. These polyurethanes were then tagged with luminescent 0ligo(phenylene vinylene) units and the effects of these OPV blocks on the morphology of the polyurethanes were analyzed in chapter four. These blocks have resulted in the formation of novel “Blue Luminescent Balls” which could find various applications in optoelectronic devices as well as delivery vehicles.

Ionomer Compatibilized Low Density Polyethylene - Tapioca Starch Blends Biodegradability and Photodegradability

Biodegradation is the chemical degradation of materials brought about by the action of naturally occurring microorganisms. Biodegradation is a relatively rapid process under suitable conditions of moisture, temperature and oxygen availability. The logic behind blending biopolymers such as starch with inert polymers like polyethylene is that if the biopolymer component is present in sufficient amount, and if it is removed by microorganisms in the waste disposal environment, then the base inert plastic should slowly degrade and disappear. The present work focuses on the preparation of biodegradable and photodegradable blends based on low density polyethylene incorporating small quantities of ionomers as compatibilizers. The thesis consists of eight chapters. The first chapter presents an introduction to the present research work and literature survey. The details of the materials used and the experimental procedures undertaken for the study are described in the second chapter. Preparation and characterization of low density polyethylene (LDPE)-biopolymer (starch/dextrin) blends are described in the third chapter. The result of investigations on the effect of polyethylene-co-methacrylic acid ionomers on the compatibility of LDPE and starch are reported in chapter 4. Chapter 5 has been divided into two parts. The first part deals with the effect of metal oxides on the photodegradation of LDPE. The second part describes the function of metal stearates on the photodegradation of LDPE. The results of the investigations on the role of various metal oxides as pro-oxidants on the degradation of ionomer compatibilized LDPE-starch blends are reported in chapter 6. Chapter 7 deals with the results of investigations on the role of various metal stearates as pro-oxidants on the degradation of ionomer compatibilized LDPE-starch blends. The conclusion of the investigations is presented in the last chapter of the thesis.

GABA and 5-HT chitosan nanoparticles enhanced liver cell proliferation and neuronal survival in partially hepatectomised rats: GABAB and 5-HT2A receptors functional

Nanoparticulate drug delivery systems provide wide opportunities for solving problems associated with drug stability or disease states and create great expectations in the area of drug delivery (Bosselmann & Williams, 2012). Nanotechnology, in a simple way, explains the technology that deals with one billionth of a meter scale (Ochekpe, et al., 2009). Fewer side effects, poor bioavailability, absorption at intestine, solubility, specific delivery to site of action with good pharmacological efficiency, slow release, degradation of drug and effective therapeutic outcome, are the major challenges faced by most of the drug delivery systems. To a great extent, biopolymer coated drug delivery systems coupled with nanotechnology alleviate the major drawbacks of the common delivery methods. Chitosan, deacetylated chitin, is a copolymer of β-(1, 4) linked glucosamine (deacetylated unit) and N- acetyl glucosamine (acetylated unit) (Radhakumary et al., 2005). Chitosan is biodegradable, non-toxic and bio compatible. Owing to the removal of acetyl moieties that are present in the amine functional groups of chitin, chitosan is readily soluble in aqueous acidic solution. The solubilisation occurs through the protonation of amino groups on the C-2 position of D-glucosamine residues whereby polysaccharide is converted into polycation in acidic media. Chitosan interacts with many active compounds due to the presence of amine group in it. The presence of this active amine group in chitosan was exploited for the interaction with the active molecules in the present study. Nanoparticles of chitosan coupled drugs are utilized for drug delivery in eye, brain, liver, cancer tissues, treatment of spinal cord injury and infections (Sharma et al., 2007; Li, et a., 2009; Paolicelli et al., 2009; Cho et al., 2010). To deliver drugs directly to the intended site of action and to improve pharmacological efficiency by minimizing undesired side effects elsewhere in the body and decrease the long-term use of many drugs, polymeric drug delivery systems can be used (Thatte et al., 2005).

Modification of Unsaturated Polyester Resin by Polyurethane Prepolymers

Unsaturated polyester resins (UPRs) are extensively used by the fiber-reinforced plastic (FRPs) industry. These resins have the disadvantages of brittleness and poor resistance to crack propagation. In this study, UPRs were chemically modified by reactive blending with polyurethane prepolymers having terminal isocyanate groups. Hybrid networks were formed by copolymerisation of unsaturated polyesters with styrene and simultaneous reaction between terminal hydroxyl groups of unsaturated polyester and isocyanate groups of polyurethane prepolymer. The prepolymers were based on toluene diisocyanate (TDI) and each of hydroxy-terminated natural rubber (HTNR), hydroxy- terminated polybutadiene (HTPB), polyethylene glycol (PEG), and castor oil. Properties like tensile strength, toughness, impact resistance, and elongation-at-break of the modified UPRs show considerable improvement by this modification. The thermal stability of the copolymer is also marginally better

Utilization of waste expanded polystyrene: Blends with silica-filled natural rubber

Expanded polystyrene (EPS) constitutes a considerable part of thermoplastic waste in the environment in terms of volume. In this study, this waste material has been utilized for blending with silica-reinforced natural rubber (NR). The NR/EPS (35/5) blends were prepared by melt mixing in a Brabender Plasticorder. Since NR and EPS are incompatible and immiscible a method has been devised to improve compatibility. For this, EPS and NR were initially grafted with maleic anhydride (MA) using dicumyl peroxide (DCP) to give a graft copolymer. Grafting was confirmed by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) spectroscopy. This grafted blend was subsequently blended with more of NR during mill compounding. Morphological studies using Scanning Electron Microscopy (SEM) showed better dispersion of EPS in the compatibilized blend compared to the noncompatibilized blend. By this technique, the tensile strength, elongation at break, modulus, tear strength, compression set and hardness of the blend were found to be either at par with or better than that of virgin silica filled NR compound. It is also noted that the thermal properties of the blends are equivalent with that of virgin NR. The study establishes the potential of this method for utilising waste EPS

Mikrostrukturierte Sensoren für die pH-Wert-Bestimung auf Basis von dünnen, intrinisch leitfähigen Polyanilinschichten

Der pH-Wert stellt in der Chemie, Physik, Biologie, Pharmazie und Medizin eine wichtige Meßgröße dar, da eine Vielzahl von Reaktionen durch den pH-Wert bestimmt wird. In der Regel werden zur pH-Wert-Messung Glaselektroden eingesetzt. Hierbei konnte der pH-sensitive Bereich zwar bis auf einige Mikrometer reduziert werden, aber die Gesamtab-messungen betragen immer noch 15-20 cm. Mit der Einführung miniaturisierter Reaktionsgefäße ist daher der Bedarf an miniaturisierten Sensoren enorm gestiegen. Um in solchen Gefäßen Reaktionsparameter wie z. B. den pH-Wert zu kontrollieren, müssen die Gesamtabmessungen der Sensoren verringert werden. Dies lässt sich mit Hilfe der Mikrostrukturtechnik von Silizium realisieren. Hiermit lassen sich Strukturen und ganze Systeme bis in den Nanometerbereich herstellen. Basierend auf Silizium und Gold als Elektrodenmaterial wurden im Rahmen dieser Arbeit verschiedene Interdigitalstrukturen hergestellt. Um diese Strukturen zur pH-Wert-Messungen einsetzen zu können, müssen sie mit einer pH-sensitiven Schicht versehen werden. Hierbei wurde Polyanilin, ein intrinsisch leitendes Polymer, aufgrund seine pH-abhängigen elektrischen und optischen Verhaltens eingesetzt. Die Beschichtung dieser Sensoren mit Polyanilin erfolgte vorwiegend elektrochemisch mit Hilfe der Zyklovoltammetrie. Neben der Herstellung reiner Polyanilinfilme wurden auch Kopolymerisationen von Anilin und seinen entsprechenden Aminobenzoesäure- bzw. Aminobenzensulfonsäurederivaten durchgeführt. Ergebnisse dazu werden vorgestellt und diskutiert. Zur Charakterisierung der resultierenden Polyanilin- und Kopolymerfilme auf den Inter-digitalstrukturen wurden mit Hilfe der ATR-FT-IR-Spektroskopie Spektren aufgenommen, die gezeigt und diskutiert werden. Eine elektrochemische Charakterisierung der Polymere erfolgte mittels der Zyklovoltammetrie. Die mit Polyanilin bzw. seinen Kopolymeren beschichteten Sensoren wurden dann für Widerstandsmessungen an den Polymerfilmen in wässrigen Medien eingesetzt. Polyanilin zeigt lediglich eine pH-Sensitivität in einem pH-Bereich von pH 2 bis pH 4. Durch den Einsatz der Kopolymere konnte dieser pH-sensitive Bereich jedoch bis zu einem pH-Wert von 10 ausgeweitet werden. Zur weiteren Miniaturisierung der Sensoren wurde das Konzept der interdigitalen Elektroden-paare auf Cantilever übertragen. Die pH-sensitive Zone konnte dabei auf 500 µm2 bei einer Gesamtlänge des Sensors (Halter mit integriertem Cantilever) von 4 mm reduziert werden. Neben den elektrischen pH-abhängigen Eigenschaften können auch die optischen Eigen-schaften des Polyanilins zur pH-Detektion herangezogen werden. Diese wurden zunächst mit Hilfe der UV-VIS-Spektroskopie untersucht. Die erhaltenen Spektren werden gezeigt und kurz diskutiert. Mit Hilfe eines Raster-Sonden-Mikroskops (a-SNOM, Firma WITec) wurden Reflexionsmessungen an Polyanilinschichten durchgeführt. Zur weiteren Miniaturisierung wurden Siliziumdioxidhohlpyramiden (Basisfläche 400 µm2) mit Spitzenöffnungen in einem Bereich von 50-150 nm mit Polyanilin beschichtet. Auch hier sollten die optischen Eigenschaften des Polyanilins zur pH-Wert-Sensorik ausgenutzt werden. Es werden erste Messungen an diesen Strukturen in Transmission diskutiert.

Modificació de fibres de jute per l'elaboració de plàstics reforçats reciclables

El treball que s'ha dut a terme es centra en la recerca d'agents modificants per a fibres cel·lulòsiques capaços de reduir la polaritat de les funcions alcohol de la seva estructura per formació de funcions ester. Les fibres de jute se sotmeten a reacció en un sistema tancat provist d'atmòsfera de nitrogen a fi d'evitar reaccions laterals que no són del nostre interés.L'obtenció dels resultats perseguits està lligat a les condicions experimentals aplicades durant les reaccions. La influència de les diferents variables escollides facilitarà en major o menor grau la reacció entre les molècules d'agent d'acoblament i cel·lulosa vinculades. Una gran part de l'atenció es centrarà en l'estudi de l'etapa de modificació, sobretot en l'efectivitat dels reactius addicionats per la reacció amb els grups hidroxil. Un cop comparats els experiments realitzats tant amb clorur d'oleïl com amb anhídrid metacrílic, es conclou que la majoria de condicions provades permeten assolir valors de modificació prou significatius. L'excepció ve donada quan la temperatura utilitzada és de 20ºC, llavors les mateixes condicions que a una temperatura de 60ºC condueixen cap a resultats poc satisfactoris. La reactivitat per part dels dos agents d'acoblament utilitzats no ha estat la mateixa. Els resultats per condicions experimentals del mateix tipus han conduït cap a valors força diferents. Pel que fa a la determinació dels paràmetres òptims es conclou que les variables amb les que el grau de modificació millora considerablement són: una temperatura de 60ºC, 10% de catalitzador respecte la quantitat de clorur d'oleïl o anhídrid addicionada, relació OH reactiu estequiomètrica 1:1 i 40mL de solvent. Un cop modificada la fibra, se sotmet a reacció amb el monòmer estirè. Es comprova que el grau de polimerització segueix el valor de modificació prèviament obtingut, a menor quantitat de funcions alcohol lliures major interacció amb el monòmer estirè. Les propietats inicials de la fibra no es corresponen amb les obtingudes després del tractament, l'increment de la resistència a l'atac de microorganismes i a l'absorció d'humitat s'explica per una reducció de la presència de funcions alcohol polars i per la capa d'estirè polimeritzat per unió amb els dobles enllaços introduïts amb els agents d'acoblament. Pel que fa referència a les dues tècniques de caracterització més utilitzades, l'anàlisis elemental permet quantificar d'una manera precisa la reacció de la fibra amb els agents d'acoblament i la posterior reacció de la fibra modificada amb el monòmer estirè. La caracterització per espectroscopia d'infraroig permet comprovar qualitativament la reactivitat del clorur d'oleïl i qualitativament-quantitativament la de l'anhídrid metacrílic amb les funcions alcohol de la cel·lulosa present en les fibres de jute. Els pics més característics apareguts seran utilitzats per avaluar la reactivitat de la funció carbonílica del reactiu modificant amb l'estructura cel·lulòsica i del doble enllaç de la cel·lulosa modificada amb la matriu polimèrica.

Pyrene-functionalised, alternating copolyimide for sensing nitroaromatic compounds

A novel, pyrene-functionalised copolymer has been synthesised in a single step via imidisation of poly(maleic anhydride-alt-1-octadecene) with 1-pyrenemethylamine, and its potential for the detection of volatile nitro aromatic compounds (NACs) evaluated. The new copolymer forms complexes in solution with NACs such as 2,5-dinitrobenzonitrile, as shown by H-1 NMR, UV-vis and fluorescence spectroscopy. Moreover, thin films of this copolymer, cast from THF solution, undergo almost instantaneous fluorescence quenching when exposed to the vapour of 2,5-dinitrobenzonitrile (a model for TNT) at ambient temperatures and pressures.

Capillary flow behavior of worm-like micelles studied by small-angle X-ray scattering and small angle light scattering

A novel capillary flow device has been developed and applied to study the orientation of worm-like micelles, among other systems. Small-angle X-ray scattering (SAXS) data from micelles formed by a Pluronic block copolymer in aqueous salt solution provides evidence for the formation of worm-like micelles, which align under flow. A transition from a rod-like form factor to a less persistent conformation is observed under flow. Flow alignment of worm-like micelles formed by the low molar mass amphiphile system cetyl pyridinium chloride+sodium salicylate is studied for comparative purposes. Here, inhomogenous flow at the micron scale is revealed by streaks in the small-angle light scattering pattern perpendicular to the flow direction. Copyright (c) 2006 John Wiley & Sons, Ltd.

Effect of ethanol on the micellization and gelation of Pluronic P123

In certain applications copolymer P123 (E21P67E21) is dissolved in water-ethanol mixtures, initially to form micellar solutions and eventually to gel. For P123 in 10, 20, and 30 wt % aqueous ethanol we used dynamic light scattering from dilute solutions to confirm micellization, oscillatory rheometry, and visual observation of mobility (tube inversion) to determine gel formation in concentrated solutions and small-angle X-ray scattering (SAXS) to determine gel structure. Except for solutions in 30 wt % aqueous ethanol, a clear-turbid transition was encountered on heating dilute and concentrated micellar solutions alike, and as for solutions in water alone (Chaibundit et al. Langmuir 2007, 23, 9229) this could be ascribed to formation of wormlike micelles. Dense clouding, typical of phase separation, was observed at higher temperatures. Regions of isotropic and birefringent gel were defined for concentrated solutions and shown (by SAXS) to have Cubic (fcc and hcp) and hexagonal structures, consistent with packed spherical and elongated micelles, respectively. The cubic gels (0, 10, and 20 wt % ethanol) were clear, while the hex gels were either turbid (0 and 10 wt % ethanol), turbid enclosing a clear region (20 wt % ethanol), or entirely clear (30 wt % ethanol). The SAXS profile was unchanged between turbid and clear regions of the 20 wt % ethanol gel. Temperature scans of dynamic moduli showed (as expected) a clear distinction between high-modulus cubic gels (G'(max) approximate to 20-30 kPa) and lower modulus hex gels (G'(max) < 10 kPa).