LCSTVerhalten

LCST-Verhalten bezeichnet das temperaturabhängige Phasenverhalten von Polymerlösungen, bei dem das Polymer unterhalb einer Lower Critical Solution Temperature (LCST) in Lösung stabil bleibt und oberhalb dieser Temperatur die Löslichkeit abnimmt, oft mit einer Phasenbildung einhergeht. Häufig geht dem Phasenwechsel eine Coil-Globule-Transition der Polymerketten voraus, bei der Hydratation und Konformation verändert werden.

Thermodynamisch beruhen LCST-Systeme auf einer zunehmenden Bedeutung der enthalpischen Effekte mit steigender Temperatur. Der Flory-Huggins-Parameter χ(T) steigt, wodurch die freie Mischungsenthalpie ungünstiger wird. In wasserhaltigen Systemen geht dies oft mit einer Verringerung der Polymer-Wasser-Interaktion durch Dehydratisierung einher; damit wird ab einer bestimmten Temperatur die Lösung ungemütlich löslich und trennt sich in eine polymerreiche und eine solventreiche Phase.

Typische Beispiele und Faktoren. Das bekannteste Beispiel ist Poly(N-isopropylacrylamid) PNIPAM in Wasser, das typischerweise eine LCST um ca. 32 °C aufweist. Die LCST kann durch Copolymerisation, Konzentration, Molekulargewicht und Zusatzstoffe verschoben werden. Auch Ionenstärke, pH-Wert sowie organische Co-Lösungsmittel beeinflussen die Temperaturgrenze. Salze und kosmotrope oder chaotrope Additive können die Hydratation verändern und damit den Übergang verschieben.

Messung und Anwendungen. Die LCST wird häufig durch Turbidimetrie oder Cloud-Point-Messungen bestimmt; DSC und DLS dienen ergänzend der Überwachung von Konformation und Phasenbildung. Anwendungen finden sich in temperaturabhängigen Hydrogelen, in kontrollierter Wirkstofffreisetzung, reversiblen Beschichtungen sowie in smarten Materialien, die sich bei Überschreiten der LCST aus der Lösung oder Matrix ausbilden.