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Monte Carlo simulations of weak polyelectrolyte microgels: pH-dependence of conformation and ionization†‡
Soft Matter ( IF 2.9 ) Pub Date : 2018-02-26 00:00:00 , DOI: 10.1039/c7sm02528a C. Hofzumahaus 1, 2, 3, 4 , P. Hebbeker 1, 2, 3, 4 , S. Schneider 1, 2, 3, 4
Soft Matter ( IF 2.9 ) Pub Date : 2018-02-26 00:00:00 , DOI: 10.1039/c7sm02528a C. Hofzumahaus 1, 2, 3, 4 , P. Hebbeker 1, 2, 3, 4 , S. Schneider 1, 2, 3, 4
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In this study, we investigated the effect of pH on single weak acidic polyelectrolyte microgels under salt-free conditions with (i) varying microgel concentration, (ii) varying content of acidic groups and (iii) different crosslinking densities using Monte Carlo simulations under explicit consideration of the protonation/deprotonation reaction. We assessed both global properties, such as the degree of ionization, the degree of swelling and the counterion distribution, and local properties such as the radial network ionization profile and the ionization along the polymer chains as a function of pH. We found a pronounced suppression of the pH-dependent ionization of the microgels, as compared to the ideal titration behavior and a shift of the titration curve to a higher pH originating in the proximity of acidic groups in the microgel. In contrast to macroscopic gels, counterions can leave the microgel, resulting in an effective charge of the network, which hinders the ionization. A decreasing microgel concentration leads to an increased effective charge of the microgel and a more pronounced shift of the titration curve. The number of acidic groups showed only a weak effect on the ionization behavior of the microgels. For two different microgels with different crosslinking densities, similar scaling of the gel size was observed. A distinct transition from an uncharged and unswollen to a highly charged and expanded polymer network was observed for all investigated microgels. The degree of swelling mainly depends on the degree of ionization. An inhomogeneous distribution of the degree of ionization along the radial profile of the microgel was found.
中文翻译：
弱聚电解质微凝胶的蒙特卡罗模拟：构象和电离的pH依赖性† •
在这项研究中，我们研究了无盐条件下pH对单一弱酸性聚电解质微凝胶的影响，其中（i）改变微凝胶浓度，（ii）改变酸性基团的含量，以及（iii）在显性条件下使用Monte Carlo模拟的不同交联密度考虑质子化/去质子化反应。我们评估了整体性质，例如电离度，溶胀度和抗衡离子分布度，以及局部性质，例如径向网络电离曲线和沿着聚合物链的电离随pH的变化。与理想的滴定行为和滴定曲线向源自微凝胶中酸性基团附近的较高pH的滴定曲线相比，我们发现微凝胶的pH依赖性电离受到了明显的抑制。与宏观凝胶相反，抗衡离子可以离开微凝胶，从而导致网络的有效电荷，从而阻碍了离子化。降低的微凝胶浓度导致增加的微凝胶有效电荷和滴定曲线的更明显的偏移。酸性基团的数量对微凝胶的电离行为仅显示出微弱的影响。对于具有不同交联密度的两种不同的微凝胶，观察到凝胶尺寸的相似缩放。对于所有研究的微凝胶，均观察到从不带电荷和不溶胀到高度带电荷和膨胀的聚合物网络的明显转变。溶胀程度主要取决于电离程度。发现沿着微凝胶的径向分布的电离度分布不均匀。抗衡离子可以离开微凝胶，导致网络的有效电荷，从而阻碍电离。降低的微凝胶浓度导致增加的微凝胶有效电荷和滴定曲线的更明显的偏移。酸性基团的数量对微凝胶的电离行为仅显示出微弱的影响。对于具有不同交联密度的两种不同的微凝胶，观察到凝胶尺寸的相似缩放。对于所有研究的微凝胶，均观察到从不带电荷和不溶胀到高度带电荷和膨胀的聚合物网络的明显转变。溶胀程度主要取决于电离程度。发现沿着微凝胶的径向分布的电离度分布不均匀。抗衡离子可以离开微凝胶，导致网络的有效电荷，从而阻碍电离。降低的微凝胶浓度导致增加的微凝胶有效电荷和滴定曲线的更明显的偏移。酸性基团的数量对微凝胶的电离行为仅显示出微弱的影响。对于具有不同交联密度的两种不同的微凝胶，观察到凝胶尺寸的相似缩放。对于所有研究的微凝胶，均观察到从不带电荷和不溶胀到高度带电荷和膨胀的聚合物网络的明显转变。溶胀程度主要取决于电离程度。发现沿着微凝胶的径向分布的电离度分布不均匀。导致网络的有效电荷，从而阻碍了电离。降低的微凝胶浓度导致增加的微凝胶有效电荷和滴定曲线的更明显的偏移。酸性基团的数量仅对微凝胶的电离行为表现出微弱的影响。对于具有不同交联密度的两种不同的微凝胶，观察到凝胶尺寸的相似缩放。对于所有研究的微凝胶，均观察到从不带电荷和不溶胀到高度带电荷和膨胀的聚合物网络的明显转变。溶胀程度主要取决于电离程度。发现沿着微凝胶的径向分布的电离度分布不均匀。导致网络的有效电荷，从而阻碍了电离。降低的微凝胶浓度导致增加的微凝胶有效电荷和滴定曲线的更明显的偏移。酸性基团的数量对微凝胶的电离行为仅显示出微弱的影响。对于具有不同交联密度的两种不同的微凝胶，观察到凝胶尺寸的相似缩放。对于所有研究的微凝胶，均观察到从不带电荷和不溶胀到高度带电荷和膨胀的聚合物网络的明显转变。溶胀程度主要取决于电离程度。发现沿着微凝胶的径向分布的电离度分布不均匀。降低的微凝胶浓度导致增加的微凝胶有效电荷和滴定曲线的更明显的偏移。酸性基团的数量对微凝胶的电离行为仅显示出微弱的影响。对于具有不同交联密度的两种不同的微凝胶，观察到凝胶尺寸的相似缩放。对于所有研究的微凝胶，均观察到从不带电荷和不溶胀到高度带电荷和膨胀的聚合物网络的明显转变。溶胀程度主要取决于电离程度。发现沿着微凝胶的径向分布的电离度分布不均匀。降低的微凝胶浓度导致增加的微凝胶有效电荷和滴定曲线的更明显的偏移。酸性基团的数量对微凝胶的电离行为仅显示出微弱的影响。对于具有不同交联密度的两种不同的微凝胶，观察到凝胶尺寸的相似缩放。对于所有研究的微凝胶，均观察到从不带电荷和不溶胀到高度带电荷和膨胀的聚合物网络的明显转变。溶胀程度主要取决于电离程度。发现沿着微凝胶的径向分布的电离度分布不均匀。对于具有不同交联密度的两种不同的微凝胶，观察到凝胶尺寸的相似缩放。对于所有研究的微凝胶，均观察到从不带电荷和不溶胀到高度带电荷和膨胀的聚合物网络的明显转变。溶胀程度主要取决于电离程度。发现沿着微凝胶的径向分布的电离度分布不均匀。对于具有不同交联密度的两种不同的微凝胶，观察到凝胶尺寸的相似缩放。对于所有研究的微凝胶，观察到从不带电荷和不溶胀到高度带电荷和膨胀的聚合物网络的明显过渡。溶胀程度主要取决于电离程度。发现沿着微凝胶的径向分布的电离度分布不均匀。
更新日期：2018-02-26
中文翻译：
弱聚电解质微凝胶的蒙特卡罗模拟：构象和电离的pH依赖性† •
在这项研究中，我们研究了无盐条件下pH对单一弱酸性聚电解质微凝胶的影响，其中（i）改变微凝胶浓度，（ii）改变酸性基团的含量，以及（iii）在显性条件下使用Monte Carlo模拟的不同交联密度考虑质子化/去质子化反应。我们评估了整体性质，例如电离度，溶胀度和抗衡离子分布度，以及局部性质，例如径向网络电离曲线和沿着聚合物链的电离随pH的变化。与理想的滴定行为和滴定曲线向源自微凝胶中酸性基团附近的较高pH的滴定曲线相比，我们发现微凝胶的pH依赖性电离受到了明显的抑制。与宏观凝胶相反，抗衡离子可以离开微凝胶，从而导致网络的有效电荷，从而阻碍了离子化。降低的微凝胶浓度导致增加的微凝胶有效电荷和滴定曲线的更明显的偏移。酸性基团的数量对微凝胶的电离行为仅显示出微弱的影响。对于具有不同交联密度的两种不同的微凝胶，观察到凝胶尺寸的相似缩放。对于所有研究的微凝胶，均观察到从不带电荷和不溶胀到高度带电荷和膨胀的聚合物网络的明显转变。溶胀程度主要取决于电离程度。发现沿着微凝胶的径向分布的电离度分布不均匀。抗衡离子可以离开微凝胶，导致网络的有效电荷，从而阻碍电离。降低的微凝胶浓度导致增加的微凝胶有效电荷和滴定曲线的更明显的偏移。酸性基团的数量对微凝胶的电离行为仅显示出微弱的影响。对于具有不同交联密度的两种不同的微凝胶，观察到凝胶尺寸的相似缩放。对于所有研究的微凝胶，均观察到从不带电荷和不溶胀到高度带电荷和膨胀的聚合物网络的明显转变。溶胀程度主要取决于电离程度。发现沿着微凝胶的径向分布的电离度分布不均匀。抗衡离子可以离开微凝胶，导致网络的有效电荷，从而阻碍电离。降低的微凝胶浓度导致增加的微凝胶有效电荷和滴定曲线的更明显的偏移。酸性基团的数量对微凝胶的电离行为仅显示出微弱的影响。对于具有不同交联密度的两种不同的微凝胶，观察到凝胶尺寸的相似缩放。对于所有研究的微凝胶，均观察到从不带电荷和不溶胀到高度带电荷和膨胀的聚合物网络的明显转变。溶胀程度主要取决于电离程度。发现沿着微凝胶的径向分布的电离度分布不均匀。导致网络的有效电荷，从而阻碍了电离。降低的微凝胶浓度导致增加的微凝胶有效电荷和滴定曲线的更明显的偏移。酸性基团的数量仅对微凝胶的电离行为表现出微弱的影响。对于具有不同交联密度的两种不同的微凝胶，观察到凝胶尺寸的相似缩放。对于所有研究的微凝胶，均观察到从不带电荷和不溶胀到高度带电荷和膨胀的聚合物网络的明显转变。溶胀程度主要取决于电离程度。发现沿着微凝胶的径向分布的电离度分布不均匀。导致网络的有效电荷，从而阻碍了电离。降低的微凝胶浓度导致增加的微凝胶有效电荷和滴定曲线的更明显的偏移。酸性基团的数量对微凝胶的电离行为仅显示出微弱的影响。对于具有不同交联密度的两种不同的微凝胶，观察到凝胶尺寸的相似缩放。对于所有研究的微凝胶，均观察到从不带电荷和不溶胀到高度带电荷和膨胀的聚合物网络的明显转变。溶胀程度主要取决于电离程度。发现沿着微凝胶的径向分布的电离度分布不均匀。降低的微凝胶浓度导致增加的微凝胶有效电荷和滴定曲线的更明显的偏移。酸性基团的数量对微凝胶的电离行为仅显示出微弱的影响。对于具有不同交联密度的两种不同的微凝胶，观察到凝胶尺寸的相似缩放。对于所有研究的微凝胶，均观察到从不带电荷和不溶胀到高度带电荷和膨胀的聚合物网络的明显转变。溶胀程度主要取决于电离程度。发现沿着微凝胶的径向分布的电离度分布不均匀。降低的微凝胶浓度导致增加的微凝胶有效电荷和滴定曲线的更明显的偏移。酸性基团的数量对微凝胶的电离行为仅显示出微弱的影响。对于具有不同交联密度的两种不同的微凝胶，观察到凝胶尺寸的相似缩放。对于所有研究的微凝胶，均观察到从不带电荷和不溶胀到高度带电荷和膨胀的聚合物网络的明显转变。溶胀程度主要取决于电离程度。发现沿着微凝胶的径向分布的电离度分布不均匀。对于具有不同交联密度的两种不同的微凝胶，观察到凝胶尺寸的相似缩放。对于所有研究的微凝胶，均观察到从不带电荷和不溶胀到高度带电荷和膨胀的聚合物网络的明显转变。溶胀程度主要取决于电离程度。发现沿着微凝胶的径向分布的电离度分布不均匀。对于具有不同交联密度的两种不同的微凝胶，观察到凝胶尺寸的相似缩放。对于所有研究的微凝胶，观察到从不带电荷和不溶胀到高度带电荷和膨胀的聚合物网络的明显过渡。溶胀程度主要取决于电离程度。发现沿着微凝胶的径向分布的电离度分布不均匀。
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