Effect of polymer matrix on the thermochromism of polydiacetylene derivatives.

Substancje chemiczne posiadające zdolność do zmiany koloru pod wpływem bodźca zewnętrznego są obecnie szeroko wykorzystywane m.in jako sensory kolorymetryczne, wyświetlacze elektrochromowe oraz materiały termochromowe. Jedną z grup cząsteczek wykazujących właściwości termochromowe są związki na bazie polidiacetylenu, które zmieniają barwę roztworu z niebieskiej na czerwoną wraz ze wzrostem temperatury. Jednakże, zasadniczą wadą PCDA bazującego na macierzystej cząsteczce kwasu 10,12-pentakosadiynowego jest nieodwracalny termochromizm. Aby uczynić proces odwracalnym przeprowadzono modyfikację macierzystej cząsteczki, dodając łańcuch N-2-acetamidoetylowy (PCDA-NH) oraz umieszczając ją w matrycy polimerowej z alignianu sodu. Oba zabiegi zostały wprowadzone w celu zwiększenia obecności wiązań wodorowych w strukturze. Stopień odwracalności procesu przejścia termicznego określono wykorzystując pomiary widm absorpcyjnych w zakresie temperatur 10°C - 50°C. Porównując wyniki dla PCDA-NH w wodzie i w żelu powstałego przez dodatek alginianu sodu zauważono znaczący wzrost odwracalności przejścia o nawet 45%. Ponadto zbadano struktury domen polimerowych PCDA-NH oraz ich stabilność. Obrazy mikroskopii sił atomowych ujawniły płytkową strukturę PCDA-NH na powierzchni (wysokości 5 nm). Uzyskane struktury są stabilne zarówno w wodzie (-28.6 mV) jak i matrycy z aliginianu sodu (-26.5 mV) o stężeniu 0.001% g/l. Pozytywny wpływ matrycy polimerowej na zjawisko termochromizmu PCDA-NH daje przesłanki do wykorzystania uzyskanego materiału do wytwarzania włókien polimerowych. Termoczułe włókna polimerowe stanowią podstawę działania inteligentnych tkanin, które łączą w sobie tradycyjną technologię przędzenia oraz zdolność do reagowania materiału na bodźce zewnętrzne. Tak przygotowane tekstylia mogłyby służyć np. jako czujniki monitorujące parametry fizjologiczne pacjentów w szpitalach.

Chemicals with the ability to change color in response to an external stimulus are currently widely used as colorimetric sensors, electrochromic displays and thermochromic materials. One group of molecules that exhibit thermochromic properties are polydiacetylene-based compounds, which change the color of the solution from blue to red with increasing temperature. However, a major drawback of PCDA-NH based on the parent molecule 10,12-pentacosadiynoic acid is its irreversible thermochromism. In order to make the process reversible, the parent molecule was modified by adding an N-2-acetamidoethyl chain (PCDA-NH) and placing it in a sodium alginate polymer matrix. Both modifications were introduced to increase the presence of hydrogen bonds in the structure. The degree of reversibility of the thermal transition process was determined using absorption spectra measurements in the temperature range 10°C - 50°C. Comparing the results for PCDA-NH in water and in the gel formed by the addition of sodium alginate, a significant increase in transition reversibility of up to 45% was observed. Furthermore, the structures of the PCDA-NH polymer domains and their stability were investigated. Atomic force microscopy images revealed a lamellar structure of PCDA-NH on the surface (height 5 nm). The obtained structures are stable in both water (-28.6 mV) and in a sodium alginate matrix (-26.5 mV) at a concentration of 0.001% g/l. The positive impact of the polymer matrix on the thermochromic phenomenon of PCDA suggests the potential use of the obtained material for the production of polymer fibers. Thermosensitive polymer fibers form the basis for the operation of smart textiles, which combine traditional spinning technology with the material's ability to respond to external stimuli. Textiles prepared in this way could serve, for example, as sensors to monitor physiological parameters of patients in hospitals.