Élasticité à l'équilibre de gonflement des gels polyélectrolytes ultra-mous : Comparaisons entre théorie et expériences

Nous avons étudié l'élasticité des gels polyélectrolytes à faible fraction volumique d'acide hyaluronique à l'équilibre de gonflement en fonction de la concentration en sel et de la longueur des chaînes. En mesurant le module de cisaillement à différentes concentrations en sel pour une fraction volumique constante, et pour différentes fractions volumiques à des concentrations de sel constantes, nous identifions de manière unique les paramètres physiques responsables du gonflement, l'hydrophobicité de la chaîne, χ, et le degré d'ionisation du réseau, α, pour nos conditions expérimentales. En utilisant ces paramètres, nous prédisons la relation complexe entre l'élasticité du réseau et la fraction volumique du polymère. La relation est non monotone en raison de la pression interne du système, et nous prédisons que même dans le régime linéaire-élastique à l'équilibre, les gels polyélectrolytes se rigidifient en gonflant dans des solutions à faible teneur en sel. Pour des concentrations en sel plus élevées, la relation est inversée, et le module augmente avec la fraction volumique du polymère comme prévu. À l'aide de la diffusion de la lumière dynamique et des expériences de perméation de l'eau, nous trouvons que le module longitudinal déduit des relaxations de gel est proportionnel au module de cisaillement mesuré directement lors des expériences rhéologiques. Nous constatons que les formules classiques de l'équilibre de gonflement sont adéquates pour capturer les propriétés mesurées des gels polyélectrolytes gonflés et que les diverses prédictions de mise à l'échelle pour les modules sont inadéquates. Le présent travail explique le comportement des gels polyélectrolytes en utilisant les théories d'équilibre de gonflement existantes et établit un protocole expérimental pour la détermination des paramètres physiques nécessaires pour décrire complètement les hydrogels polyélectrolytes hautement gonflés dans des environnements à haute salinité.