Polymerní sítě
Polymerní síť představuje jedinou molekulu makroskopických rozměrů o velice složité topologii.
Polymerní sítě možno připravit mnoha způsoby, tím nejjednodušším je vzájemná reakce malých molekul nesoucích tři nebo více reaktivních koncových skupin v kapalném stavu (anglicky endlinking). Během procesu dochází k postupnému vzniku dimerů, trimerů atd. s rostoucím počtem koncových skupin, což se projevuje na změně některých vlastností systému (nejviditelnější je vzrůst viskozity). V jistém bodě (bodu gelace) se objevuje v systému jediná, bohatě rozvětvená molekula makroskopických rozměrů (polymerní síť) a systém nabývá novou vlastnost – pružnost. Jinými slovy, původně kapalná směs se mění na měkkou pevnou látku (gel). Za tímto bodem reakce pokračují dál a zbývající malé molekuly s nezreagovanými skupinami jsou dále připojovány k polymerní síti a zvyšují tak její hmotnostní zlomek v systému. V tomto stádiu dochází ve struktuře sítě rovněž k uzavírání mnoha cyklů (s dlouhým obvodem), v důsledku čehož dále roste (smykový a Youngův) modul pružnosti a složitost topologie systému.
Detailní pohled na molekulovou strukturu polymerní sítě odhaluje, že se (podobně jako jiné polymerní materiály), skládá z dlouhých ohebných lineárních řetězců atomů nebo skupin atomů. Avšak v síti jsou řetězce vzájemně pospojovány v jistých bodech – spojkách. Právě ohebnost polymerních řetězců dodává polymerní síti její měkkost a schopnost velkých deformací (hyperelasticitu), jelikož její molekulová struktura musí umožnit provedení změn diktovaných (velkými) změnami tvaru v makroskopickém měřítku. Proto se jako vhodným jeví roztřídění stavebních částí polymerní sítě podle jejich aktivity v procesu deformace.
- Elasticky aktivní spojky (spojky, které mají alespoň tři pokračování na makroskopickou vzdálenost (z molekulového hlediska „do nekonečna“)),
- Elasticky aktivní řetězce (řetězce vymezené dvěma elasticky aktivními spojkami),
- Visící řetězce (řetězce vyrůstající ze spojek majících právě dvě pokračování „do nekonečna“).
Během procesu deformace polymerní řetězce nemůžou přecházet přes sebe, tj. musí být zachována topologie sítě (efekt zapletenin). Na konci procesu tvorby sítě je v ní zachycena určitá část nepřipojených malých molekul (sol). Tyto rysy jsou společné pro všechny polymerní sítě bez ohledu na jejich chemické složení. Výpočet architektury sítě a solu možno provést pomocí různých teorií síťování nebo počítačových simulací.
V naší skupině jsme se zabývali nejvíc studiem polyuretanových a epoxidových sítí. Tyto sítě slouží jako modelové pro testování mikrofyzikálních teorií kaučukové elasticity, představující dosud otevřený problém teoretické fyziky (měkkých) pevných látek. Polymerní sítě jsou rovněž základem pro některé pokročilé materiály, jako hydrogely, kapalně krystalické elastomery a nanokompozity. Na našem pracovišti se věnujeme například výzkumu role elektrických nábojů během kolapsu polymerních hydrogelů, změn struktury a vlastností polymerních sítí vyvolaných zavedením mezogenních skupin nebo role polarity a vodíkových vazeb během tvorby nanofázově separovaných polymerních sítí.
