Самоорганизация амфифильных полимеров

Для водных систем важнейшими являются гидрофобные и электростатические взаимодействия. Под гидрофобными взаимодействиями понимают силы эффективного притяжения между окруженными водой неполярными органическими группами. Такие силы имеют в основном энтропийную природу. Их происхождение объясняется нарушением характерной для воды сетки водородных связей при внедрении чужеродной молекулы или атомной группировки. Гидророфобное притяжение, подобно вандерваальсовским взаимодействиям атомов, распространяется на небольшие расстояния – порядка нескольких атомных диаметров. Электростатические силы являются дальнодействующими (по закону Кулона).

В принципе, образование агрегатов из амфифильных молекул возможно и в неполярных средах. За счет взаимного притяжения гидрофильных частей макромолекул и стремления углеводородных гидрофобных частей оказаться в окружении неполярного растворителя могут формироваться, так называемые, обратные мицеллы. В этом случае полярные части молекул составляют плотное мицеллярное ядро, а неполярные «хвосты» экранируют его от гидрофобного растворителя.

Диссоциация ионогенных полимеров в водных средах приводит к образованию заряженных групп. Для самоорганизации таких полимеров, в которых звенья обладают зарядами, кулоновские взаимодействия приводят к отталкиванию одноименно заряженных звеньев. Как правило, такие силы заметно преобладают над гидрофобным притяжением. Более благоприятного баланса противоборствующих сил можно добиться, понизив долю заряженных звеньев, например, в результате сополимеризации диссоциирующих и недиссоциирующих мономеров, либо используя макромолекулы, суммарный заряд которых зависит от рН среды.

Следует отметить, что формирование устойчивых ассоциатов возможно не только за счет гидрофобных или ионных взаимодействий, но и в результате возникновения межмолекулярных водородных связей, комплексов с переносом заряда, координационных комплексов и т.д.