Difusión de sitios frente a polímeros en complejos polielectrolíticos y multicapa

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los Polímeros
• Ciencias de los materiales
• Química Física

Sus antecedentes:

• La formación espontánea de complejos polielectrolíticos (PEC) y de múltiples capas se atribuye tradicionalmente a la interdifusión de polímeros cargados.
• La cinética de la formación y el crecimiento de PEC se ha entendido mal, particularmente los mecanismos que impulsan el ensamblaje multicapa.

Objetivo del estudio:

• Investigar los distintos mecanismos de transporte de masa de las moléculas de polímeros frente a los sitios cargados dentro de las películas delgadas de PEC.
• Aclarar el papel de la difusión del sitio en la cinética y los regímenes de crecimiento de las capas múltiples de PEC.
• Identificar las condiciones que promueven el crecimiento completo de múltiples capas en función de las características de difusión.

Principales métodos:

• Se utilizaron técnicas sensibles de etiquetado isotópico para rastrear por separado la difusión de las moléculas de polímero y los sitios extrínsecos dentro de las películas PEC.
• Coeficientes de difusión examinados de los sitios y de los polímeros en los complejos de poli (diallildimetilamonio) (PDADMA) y poli (estirenesulfonato) (PSS).
• Coeficientes de difusión del sitio correlacionados con la concentración de sal ambiental (fuerza iónica).

Principales resultados:

• La difusión del sitio dentro de las PEC es al menos dos órdenes de magnitud más rápida que la difusión del polímero, impulsada por reordenamientos locales.
• La difusión del sitio depende en gran medida de la concentración de sal, con sitios de PDADMA que se difunden más rápido que los sitios de PSS, lo que explica el crecimiento asimétrico de múltiples capas.
• La difusión del sitio rige el crecimiento multicapa a través de regímenes lineales y exponenciales, lo que permite fenómenos como la penetración de PDADMA a través de las capas PSS.
• Las condiciones para el crecimiento exponencial completo se identificaron haciendo coincidir la longitud de difusión con el grosor de la película, independientemente del peso molecular, lo que sugiere que la densidad de emparejamiento de iones es clave.

Conclusiones:

• El ensamblaje complejo de polielectrolitos y el crecimiento multicapa son impulsados principalmente por la rápida difusión del sitio, no por la lenta difusión del polímero.
• La difusión del sitio proporciona una nueva comprensión mecanicista de la formación, cinética y dinámica de crecimiento de PEC.
• Los PEC representan el ensamblaje dinámico de materiales a granel mediante el transporte de enlaces cruzados o defectos, ofreciendo una perspectiva más amplia de los procesos de autoensamblaje.