Authors:	Srivastva, Deepika
Title:	Computational Study of Segregation Phenomena in Polymer Systems in and out of Equilibrium
Online publication date:	12-Apr-2022
Year of first publication:	2022
Language:	english
Abstract:	Segregation phenomena play a key role in the pattern evolution of immiscible multicomponent mixture ranging from simple to complex fluids such as polymers, surfactants, colloids, emulsions etc., and have applications in various fields. In this thesis, we investigate the flow and phase separation of different polymer architectures using computer simulation techniques. We report the effect of macromolecular architecture on the flow properties of polymers and show that the polymer distribution is uniform throughout the channel for both star and chain polymers under steady conditions. While in the presence of flow, the star-shaped polymers migrate more strongly towards the channel center, leading to a flow-based separation of linear and star polymers, with chains accumulating near the channel walls and star polymers at the center. This can help in designing the microfluidic devices for separating polymers based on their architecture. Furthermore, we study the phase separation of triblock copolymers in the melt and solution. We show that the blending of B homopolymer into lamella morphologies of ABC triblock terpolymer allows the continuous tuning of the B microphase in the melt and solution. We vary the volume fraction of homopolymer in the system and find that for polymer melts, the morphological transition of B microphase goes from cylinder to perforated lamellae and further to continuous lamellae. Moreover, for the polymer solution, the transition is from concentric rings to perforated lamellae and finally to continuous lamellae in a microemulsion droplet. Along with the morphological evolution, we rationalize the stability of such microemulsion droplets with our simulations and theoretical considerations. The results from our study suggest that we can generate more complex Janus nanostructures from triblock copolymers. Lastly, we show that the amphiphilic triblock copolymer phase separates into polymerosomes; the architecture and the arrangement of blocks within the triblock copolymer impact the morphology. Additionally, we display that the volume fraction of the hydrophilic blocks influences the self-assembled morphology of the polymerosome by changing its cavity size, shape, and patches. In general, we show a way to design the polymerosomes with distinct patches on the surface, which can aid in enhancing the on-target effects in drug delivery applications. Seigerungphänomene spielen eine Schlüsselrolle bei der Musterbildung von nicht mischbaren Mehrkomponentengemischen, die von einfachen bis zu komplexen Flüssigkeiten wie Polymeren, Tensiden, Kolloiden, Emulsionen etc., reichen und in verschiedenen Bereichen Anwendung finden. In dieser Arbeit untersuchen wir die Flussund die Phasenseparation verschiedener Polymerarchitekturen mithilfe von Computersimulationstechniken. Wir berichten über die Auswirkung der makromolekularen Architektur auf die Fließeigenschaften von Polymeren und zeigen, dass die Polymerverteilung sowohl für Stern- als auch für Kettenpolymere unter stabilen Bedingungen im gesamten Kanal gleichmäßig ist. In Gegenwart von Strömung wandern die sternförmigen Polymere stärker in Richtung des Kanalzentrums, was zu einer strömungsbasierten Trennung von ketten und Sternpolymeren führt, wobei sich Ketten in der Nähe der Kanalwände und Sternpolymere im Zentrum ansammeln. Dies kann beim Entwurf von Mikrofluidikvorrichtungen zum Trennen von Polymeren basierend auf ihrer Architektur hilfreich sein. Darüber hinaus untersuchen wir die Phasentrennung von Triblockcopolymeren in der Schmelze und in Lösung. Wir zeigen, dass das Beimischen von B-Homopolymer in die Lamellenmorphologien von ABC-Triblockterpolymer die kontinuierliche variation der B-Mikrophase in der Schmelze und auch in der Lösung ermöglicht. Wir variieren den Volumenanteil des Homopolymers im System und stellen fest, dass Bei Polymerschmelzen verläuft der morphologische Übergang der B-Mikrophase von zylindrischen zu perforierten Lamellen und weiter zu kontinuierlichen Lamellen. Darüber hinaus erfolgt für die Polymerlösung der Übergang von konzentrischen Ringen zu perforierten Lamellen und schließlich zu kontinuierlichen Lamellen in einem Mikroemulsionströpfchen. Zusammen mit der morphologischen Entwicklung erklären wir die Stabilität solcher Mikroemulsionströpfchen mit unseren Simulationen und theoretischen Überlegungen. Die Ergebnisse unserer Studie legen nahe, dass wir aus Triblockcopolymeren komplexere Janus-Nanostrukturen erzeugen können. Zuletzt zeigen wir, dass sich die amphiphile Triblockcopolymerphase in Polymerosome trennt; Die Architektur und die Anordnung der Blöcke innerhalb des Triblockcopolymers beeinflussen die Morphologie. Zusätzlich zeigen wir, dass die Hydrophilie der Blöcke die selbstorganisierten Morphologien beeinflusst, indem sie die Größe des Hohlraums, die Flecken auf der Oberfläche und die Form der Polymerosome ändert. Im Allgemeinen zeigen wir einenWeg, die Polymerosomen mit unterschiedlichen Flecken auf der Oberfläche zu gestalten, was dazu beitragen kann, die zielgerichteten Effekte bei Anwendungen zur Arzneimittelabgabe zu verbessern.
DDC:	000 Allgemeines 000 Generalities
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 09 Chemie, Pharmazie u. Geowissensch.
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-6863
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-openscience-fcd4b779-e1c3-4131-ba60-c487734040743
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent:	xviii, 137 Seiten, Diagramme
Appears in collections:	JGU-Publikationen