Modèle Flory Huggins

Mélange de polymères et de solvants sur une grille

Comportement LCST ou UCST en raison de la dépendance à la température du paramètre d'interaction

Différentes énergies de mélange de Flory-Huggins en fonction de la fraction volumique . Les différentes énergies de mélange résultent de différents paramètres d'interaction .${\ style d'affichage \ phi}$${\ style d'affichage \ chi}$

Le modèle Flory-Huggins décrit le comportement des solutions polymères et a été développé par Paul Flory et Maurice Loyal Huggins . C'est un modèle de grille .

Les polymères se dissolvent dans un solvant si cela réduit l' énergie de Gibbs de la système , i. c'est-à-dire que la variation de l'énergie de Gibbs (ΔG) est négative. La transformation bien connue de Legendre de l' équation de Gibbs-Helmholtz montre que ΔG est composé de l' enthalpie de mélange (ΔH) et de l' entropie de mélange (ΔS).

${\ displaystyle \ Delta G _ {\ text {mix}} = \ Delta H _ {\ text {mix}} - T \ cdot \ Delta S _ {\ text {mix}}}$

S'il n'y avait pas d'interactions entre les substances impliquées, il n'y aurait pas d'enthalpie de mélange et l'entropie de mélange serait idéale. L'entropie idéale de mélange de plusieurs substances pures est toujours positive (le terme - T · Δ S alors négatif) et Δ G serait négatif pour tout rapport de mélange. Il y aurait une miscibilité totale. Il s'ensuit que les écarts de miscibilité doivent être expliqués par les interactions entre les composants. Dans le cas d'une solution de polymère, les interactions polymère-polymère, solvant-solvant et polymère-solvant doivent être prises en compte, ainsi que la modification de l'entropie d'une solution de polymère, qui est dérivée par une marche aléatoire . L'expression résultante de la variation de l'énergie de Gibbs est basée sur un terme adapté aux polymères pour l'entropie idéale de mélange et un paramètre d'interaction qui décrit la somme de toutes les interactions.

${\ displaystyle {\ frac {\ Delta G _ {\ text {mix}}} {RT}} = {\ frac {\ phi _ {1}} {m}} _ {1} \ ln \ phi _ {1 } + {\ frac {\ phi _ {2}} {m}} _ {2} \ ln \ phi _ {2} + \ chi \ phi _ {1} \ phi _ {2}}$

avec

• ${\ style d'affichage R}$= constante de gaz universelle
• ${\ style d'affichage m}$= Nombre de sites de réseau occupés par molécule (pour les solutions de polymère, m _{1 est} approximativement le degré de polymérisation et m ₂ = 1)
• ${\ style d'affichage \ phi}$= Fraction volumique du polymère et du solvant
• ${\ style d'affichage \ chi}$ = Paramètre d'interaction

De la théorie de Flory-Huggins découle, par exemple, que la température critique supérieure de la solution ( température critique supérieure de la solution , UCST), si elle est disponible, augmente avec l'augmentation de la masse molaire et la déplace dans la zone riche en solvant. Le fait qu'un polymère présente un comportement UCST et/ou LCST (LCST = température critique inférieure de la solution ) peut être déduit de la dépendance à la température du paramètre d'interaction (voir figure). Il est à noter que le paramètre d'interaction contient non seulement des éléments enthalpiques, mais aussi l'entropie de mélange non idéale (par exemple le très fort effet hydrophobe en solution aqueuse). Étant donné que le paramètre d'interaction contient à la fois des éléments enthalpiques et entropiques, qui à leur tour sont composés de nombreux composants individuels, la théorie classique de Flory-Huggins rend difficile de tirer des conclusions sur la cause moléculaire des lacunes de miscibilité.

Une extension du modèle Flory-Huggins pour les gels polymères est le modèle Flory-Rehner .

Voir également

• binodale
• Ségrégation (thermodynamique)
• Spinodale

Preuve individuelle

1. ^ ^{Un b} Menno A. van Dijk, Andre Wakker: Concepts in Polymer Thermodynamics . CRC Press, 1998, ISBN 978-1-56676-623-4 , p. 61-65 ( Google Books [consulté le 26 novembre 2019]). 
2. ↑ Ronald Koningsveld, Walter H. Stockmayer, Erik Nies : Diagrammes de phase polymère . Oxford University Press, Oxford 2001, ISBN 978-0-19-855635-0 .