Preparasi Nanogel Polimer Termoresponsif dari Oligo(Ethylene Glycol) Diacrylate-Methacrylic Acid dan Karakterisasi Sifatnya

Hasil dan Diskusi

Analisis Komposisi P(OEGDA-MAA)

Perlu dicatat bahwa, dalam persiapan yang dilaporkan dari beragam polimer termoresponsif berbasis OEG, sebagian besar makromonomer OEG difungsikan pada satu terminal saja, dan untuk sebagian besar metakrilat digunakan sebagai kelompok terminal, sedangkan untuk komonomer molekul rendah berat, berbagai (met)akrilat dan akrilamida digunakan dan MAA jarang digunakan [3, 13,14,15,16,17]. Untuk menyiapkan jenis baru polimer termoresponsif berbasis OEG, jenis baru OEG dengan kedua terminal yang difungsikan dengan akrilat (OEGDA) dikopolimerisasi dalam air dengan MAA, juga monomer yang jarang digunakan (lihat File tambahan 1:Gambar S1). Polimerisasi dilakukan dengan 40% OEGDA dalam mol. Komposisi P(OEGDA-MAA) yang diperoleh dianalisis dengan ¹ H NMR (Gbr. 1). Penetapan puncak dilakukan berdasarkan monomer yang digunakan (lihat File tambahan 1:Gambar S2) dan pada polimer yang dilaporkan dengan struktur serupa [31]. Kelompok puncak pada pergeseran kimia 1,2 ppm atau zona yang lebih rendah ditetapkan ke proton metil dalam unit MAA dalam polimer; puncak besar dan tajam pada 2,0 ppm ditetapkan ke proton dalam rantai utama yang terdiri dari segmen MAA dan akrilik, sedangkan kelompok puncak besar yang muncul dari 3,2 hingga 3,9 ppm ditetapkan ke proton etilena tulang punggung. Puncak karakteristik, pada pergeseran kimia 12,35 dan 4,11 ppm (Gbr. 1) yang dikaitkan dengan proton karboksilat MAA (Ha) dan proton ester oksietilen (Hb) yang berbatasan langsung dengan unit akrilat, digunakan untuk memperkirakan komposisi kopolimer. Kandungan OEGDA dalam kopolimer P(OEGDA-MAA) dihitung dengan Persamaan. 1:

¹ Spektrum H NMR dari P(OEGDA-MAA)

dimana S _a adalah luas permukaan terintegrasi dari puncak pada 12,35 ppm yang mewakili proton karboksilat dan S _b adalah puncaknya pada 4,11 ppm [30]. Kandungan OEGDA dalam kopolimer dengan demikian diperoleh menjadi 40,9 mol%. Konten OEGDA yang sama ini juga diperkirakan dengan titrasi potensiometri (lihat File tambahan 1:Gambar S3), yang memberikan 38,8 mol% untuk konten OEGDA. Dibandingkan dengan rasio monomer yang digunakan untuk preparasi polimer (40 mol% OEGDA), dapat disimpulkan bahwa kedua monomer, OEGDA dan MAA, sepenuhnya terkopolimerisasi.

Morfologi P(OEGDA-MAA)

Untuk menyiapkan dispersi berair P(OEGDA-MAA), hidrogel polimer kering dengan jumlah yang diketahui didispersikan dalam sejumlah air tertentu pada suhu kamar, dispersi seperti larutan bening diperoleh dengan mengocok botol dengan tangan sederhana, karena ini dilakukan di bawah VPTT polimer dalam air, selanjutnya disebut sebagai VPTT rendah. Untuk dispersi P(OEGDA-MAA) dalam etanol, sejumlah polimer yang diketahui ditambahkan ke dalam etanol dengan jumlah yang diketahui dalam botol kaca bertutup ulir, yang ditempatkan sebelumnya dalam penangas air pada 70 °C di bawah pengadukan magnetis. Di bawah pengadukan lembut, dispersi kuasi-jernih terbentuk dalam waktu 30 menit hingga 1 jam, tergantung pada konsentrasi polimer. Untuk semua dispersi dalam etanol dengan konsentrasi polimer yang berbeda, mereka tetap dipanaskan pada suhu 70 °C selama 1 jam untuk mendapatkan pengembangan yang seimbang untuk polimer, diikuti dengan pendinginan hingga suhu kamar, yang mengubah dispersi semu jernih menjadi keruh. karena suhu kamar ini jauh di bawah VPTT polimer dalam etanol. Dispersi berair jernih dan suspensi keruh dalam etanol polimer dikeluarkan dan dijatuhkan pada pendukung sampel untuk pengamatan morfologi dengan SEM. Gambar yang dipilih diberikan pada Gambar. 2. Terlihat bahwa partikel hidrogel berukuran nano, dengan diameter rata-rata jumlah sekitar 40 nm, diamati dengan jelas untuk sampel yang dibuat dari dispersi berair (1,0 mg/mL, Gambar 2a). ). Perlu dicatat bahwa polimerisasi dilakukan pada 70 °C, suhu yang jauh di atas VPTT polimer yang rendah, di mana partikel polimer terbentuk. Meskipun polimer yang terbentuk tidak larut dalam air, mereka harus sangat hidrofilik mengetahui bahwa mereka terutama terdiri dari etoksilat dan asam metakrilat. Mempertimbangkan hal ini, dapat dibayangkan bahwa polimer akan mengendap pada tahap selanjutnya dari polimerisasi, seperti yang diamati bahwa larutan bening menjadi keruh sekitar 30 menit setelah inisiasi, waktu yang jauh lebih lama daripada dalam polimerisasi pengendapan konvensional [32, 33]. Selain itu, konsentrasi monomer sangat rendah (0,2 berat%), dan polimer yang terbentuk, P(OEGDA-MAA), berikatan silang. Semua gabungan ini, pembentukan partikel nanogel berukuran sangat kecil, sekitar 40 nm pada keadaan kering, tidak mengejutkan. Pada suhu kamar dalam air, baik dengan mendinginkan sistem polimerisasi pada akhir polimerisasi atau dengan mendispersikan kembali polimer kering dalam air, partikel hidrogel ini diyakini tidak benar-benar larut pada tingkat molekuler karena polimer tersebut terikat silang, melainkan sebagian besar membengkak oleh air sedemikian rupa sehingga sistem polimerisasi tampak seperti larutan polimer yang sesungguhnya dengan transmitansi 100% (Gbr. 3). Faktanya, ukuran partikel hidrodinamik (R _h , radius) sekitar 12 nm terdeteksi dalam sistem ini pada akhir polimerisasi oleh DLS (File tambahan 1:Gambar S4). Dibandingkan dengan ukuran (diameter, 40 nm) partikel pada keadaan kering (Gbr. 2a), ukuran DLS partikel hidrogel bahkan lebih kecil, yang menunjukkan bahwa partikel hidrogel pasti telah terkumpul selama penguapan air dalam sampel SEM. Hal ini mudah dipahami, karena partikel hidrogel, dengan 100% transmitansi dalam dispersi berairnya, harus membengkak sebagian besar, dan partikel berukuran jauh lebih kecil pada keadaan kering daripada ukuran DLS yang diantisipasi jika masing-masing partikel tetap independen. dan membentuk partikel padat ketika pelarut dihilangkan. Mengetahui bahwa polimer ikatan silang mengembang penuh, dengan ujung rantai hidrofiliknya sebagian besar meluas ke fase air di sekitarnya, rantai dan terminal hidrofiliknya harus ditembus sampai batas tertentu. Ini membuat seluruh dispersi sangat homogen. Transmitansi 100% dari dispersi merupakan indikasi homogenitas. Dalam keadaan ini, beberapa agregasi partikel hidrogel tidak terduga dengan penguapan air; itu sebenarnya tidak dapat dihindari.

Gambar SEM dari P(OEGDA-MAA) diperoleh dari dispersinya pada suhu kamar pada konsentrasi yang berbeda dalam air pada 1 mg/mL (a ) dan dalam etanol pada 5 mg/mL (b ) dan 10 mg/mL (c )

Ketergantungan transmitansi cahaya dispersi P(OEGDA-MAA) (1,0 mg/mL, 150 mM NaCl) pada suhu pada pH berbeda

Untuk campuran keruh P(OEGDA-MAA) dalam etanol pada suhu kamar, sampel disiapkan dengan cara yang sama, yaitu dengan menjatuhkannya pada penyangga sampel dan diamati morfologinya di bawah SEM. Untuk sampel pada konsentrasi 5 mg/mL, ditemukan bahwa nanopartikel, yang diamati dalam air seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2a, menghilang (Gbr. 2b). Sebaliknya, butiran agregat dari polimer hidrogel muncul, dan ukuran butiran secara signifikan lebih besar daripada partikel yang diperoleh dari dispersi airnya (Gbr. 2a). Ini merupakan indikasi kuat bahwa deswelling cukup berbeda untuk kedua jenis dispersi.

Kemungkinan besar rantai polimer hidrogel lebih terinterpenetrasi dalam etanol di atas VPTT tipe UCST yang tinggi daripada di air di bawah VPTT tipe LCST yang rendah. Hal ini sangat mungkin karena etanol lebih mirip dengan P(OEGDA-MAA) dalam struktur dan hidrofilisitas. Dengan pendinginan hingga suhu kamar, nanopartikel asli dari polimer hidrogel, terbentuk dalam sintesisnya dan sebagian besar membengkak di atas VPTT tinggi tipe UCST ini, saling menempel dan oleh karena itu butiran atau agregasinya diamati. Pada konsentrasi yang lebih tinggi (10 mg/mL, Gbr. 2c) dalam etanol, tampaknya rantai polimer hidrogel diinterpenetrasi lebih lanjut sehingga terbentuk lapisan hidrogel kontinu, dengan butiran kecil yang tersebar secara acak.

VPTT Rendah Hidrogel P(OEGDA-MAA) dalam Air

Polimer ini, P(OEGDA-MAA) seperti yang disintesis di atas, bersifat termoresponsif (Gbr. 3), dan responsivitas juga sangat bergantung pada pH. VPTT 33 °C terdeteksi dalam air pada konsentrasi 1 mg/mL dan pH 1,0, dan VPTT ini bergeser ke suhu yang lebih tinggi pada 42 °C pada pH 3, peningkatan yang jelas dengan peningkatan pH. Dengan pH lebih meningkat menjadi 5, polimer tidak menunjukkan perubahan dalam transmisi cahaya, yaitu, VPTT menghilang. Pengamatan ini menunjukkan bahwa keberadaan ion hidrogen diperlukan agar polimer hidrogel menjadi termoresponsif, sangat berbeda dari sebagian besar bahan responsif berbasis OEG yang dibuat dengan monomer bebas asam karboksilat, yang tetap responsif pada pH = 7 atau lebih tinggi [34] . Diketahui bahwa polimer responsif dilarutkan, atau membengkak jika terikat silang, pada suhu kamar oleh interaksi yang berbeda antara rantai dan molekul air, yaitu, perilaku VPTT mereka dapat dianggap sebagai konsekuensi dari kompetisi antara interaksi air polimer hidrofilik dan hidrofobik. interaksi polimer-polimer [1, 2, 7, 16, 35]. Di bawah VPTT ini, interaksi antara bagian hidrofilik polimer dan air lebih disukai, molekul air diatur di sekitar rantai polimer, membentuk ikatan hidrogen dengan segmen EG hidrofilik, yang mengarah ke solubilisasi polimer jika linier, dan pembengkakan ketika terikat silang, sementara di atas VPTT , interaksi polimer air ini berkurang, bersamaan dengan peningkatan interaksi antara polimer hidrofobik itu sendiri, yang menyebabkan dehidrasi rantai polimer dan agregasi sendiri. Untuk sebagian besar polimer berbasis OEG tanpa bagian karboksilat, tidak ada donor ikatan hidrogen yang kuat dalam rantainya tetapi interaksi van der Waals yang lemah. Ketergantungan VPTT pada pH relatif sedang. Namun, situasinya berubah secara dramatis ketika gugus karboksilat digabungkan dalam rantai polimer, seperti dalam kasus ini untuk P(OEGDA-MAA). Pada suhu rendah (< VPTT) dikombinasikan dengan pH rendah, di bawah pKa (4,8) asam karboksilat [1, 3], gugus karboksilat terprotonasi dan dapat berperan sebagai donor proton ke oksigen eter polimer untuk membentuk ikatan hidrogen, dan kompleksasi semacam itu menghasilkan semacam penyusutan hidrogel karena interaksi molekul air dengan rantai polimer berkurang dengan cara ini, meskipun rantai polimer tetap terhidrasi dan polimer tampak larut dengan transmitansi tinggi. Pada pH tinggi, gugus karboksil menjadi terionisasi, menyebabkan tolakan elektrostatik di antara rantai polimer bermuatan negatif. Tolakan ini jauh lebih besar daripada semua interaksi yang dapat dicapai oleh rantai polimer non-elektrolit antara mereka sendiri atau dengan air, yaitu ikatan van der Waals dan hidrogen, dan membuat rantai polimer pada keadaan yang paling panjang mungkin:penuh pembubaran dicapai untuk polimer yang tidak terikat silang, dan rantai sebagian besar diperpanjang dengan polimer yang sebagian besar membengkak untuk mereka yang terikat silang secara kimia [3]. Pada Gambar. 3 pada pH 5, hilangnya VPTT adalah kasus di mana sejumlah besar rantai polimer terionisasi, yang dihasilkan oleh gaya tolak menolak antara rantai polimer, membuatnya tetap membengkak bahkan pada suhu yang lebih tinggi, tanpa runtuh negara diamati. Pada pH yang lebih rendah (pH 3, misalnya), terdapat lebih sedikit gugus karboksilat yang terionisasi pada rantai polimer yang sama, yang kurang diperpanjang pada suhu tertentu; interaksi rantai polimer non-elektrolit, seperti van der Waals dan ikatan hidrogen, semakin penting, dan karena itu VPTT yang tertunda terdeteksi pada suhu yang lebih tinggi. Jelas, semakin rendah pHnya; yang lebih rendah adalah VPTT, seperti yang diamati pada Gambar. 3. Selain itu, ini hanya berlaku untuk rantai polimer yang berubah menjadi bermuatan negatif pada pH tinggi. Untuk polimer yang menjadi kationik pada pH tinggi (misalnya yang memiliki gugus amina), yang terjadi adalah kebalikannya:VPTT muncul pada pH yang lebih tinggi, dan menghilang pada pH yang lebih rendah [3, 36].

Transisi VPTT ini ditunjukkan dengan baik oleh variasi ukuran partikel hidrogel, ditentukan oleh DLS pada suhu yang berbeda (Gbr. 4) pada dispersi berair P(OEGDA-MAA) pada konsentrasi 1 mg/mL dan pH 1,0. Pada suhu di bawah VPTT (33 °C), partikel yang sangat kecil terdeteksi. Ukurannya meningkat secara perlahan dan terus-menerus dengan peningkatan suhu, dari sekitar 15 nm pada 10 °C menjadi sekitar 20 nm pada 25 °C. Peningkatan ukuran partikel yang tiba-tiba terdeteksi dengan peningkatan suhu di seluruh VPTT, diameter partikel sekitar 600 nm terdeteksi pada 35 °C, tepat di atas VPTT (33 °C); setelah suhu melewati VPTT, peningkatan lain yang lambat dan bertahap dalam ukuran hidrogel polimer terdispersi diamati. Cukup jelas bahwa ukuran yang terdeteksi di sini, sekitar 600 nm pada 35 °C dan 1100 nm pada 60 °C, adalah ukuran partikel hidrogel agregat, dibandingkan dengan yang diperoleh di bawah VPTT. Gambar 4 mengungkapkan bahwa dehidrasi polimer termoresponsif dimulai jauh lebih awal sebelum VPTT; itu pada VPTT atau dalam kisaran suhu yang sangat dekat dengan itu bahwa dehidrasi sebagian besar dipercepat, yang mendorong partikel menyusut dan agregat karena dehidrasi, dan penurunan tajam dalam transmisi terdeteksi, seperti yang digambarkan pada Gambar. 3 Variasi ukuran partikel hidrogel menunjukkan juga bahwa agregasi partikel hidrogel yang disebabkan dehidrasi masih berkembang setelah VPTT; itu tidak terdeteksi hanya dengan transmisi cahaya karena penurunan transmitansi cukup minimal dibandingkan dengan opacity tinggi pada keadaan ini.

Diameter hidrogel P(OEGDA-MAA) termoresponsif dalam dispersi berair (1 mg/mL, pH 1,0) pada suhu berbeda

Selain ketergantungan responsivitas pada pH seperti yang terlihat pada Gambar 3, perilaku termoresponsif bahan juga terkait erat dengan kekuatan ion, konsentrasi, dan laju pemanasan/pendinginan. Telah ditunjukkan oleh penulis yang berbeda bahwa VPTT dari polimer berbasis OEG agak tidak sensitif terhadap konsentrasi [14, 37]. Namun, Wu et al. melaporkan, dalam sebuah penelitian tentang kopolimer 2-(2-metoksietoksi)etil metakrilat dengan oligo(etilena glikol) metil eter metakrilat, bahwa sedikit perbedaan diamati dan diduga dikaitkan dengan konsentrasi yang lebih tinggi (10 % berat) daripada dalam penelitian lain [16]. Pengaruh konsentrasi polimer pada VPTT diselidiki secara singkat, dengan konsentrasi bervariasi dari 1,0 hingga 5,0 mg/mL (lihat File tambahan 1:Gambar S5). Ditemukan bahwa, dibandingkan dengan VPTT yang diamati pada 33 °C untuk hidrogel pada konsentrasi 1,0 mg/mL, VPTT dialihkan ke suhu yang lebih rendah dari 29 °C pada konsentrasi 2,0 mg/mL, dan untuk selanjutnya suhu yang lebih rendah sekitar 27 °C dengan konsentrasi meningkat menjadi 5,0 mg/mL. Ini hanya karena efek konsentrasi kopolimer. Dalam proses pemanasan ini, jauh di bawah VPTT, semua atau sebagian besar rantai polimer secara independen dan sebagian besar membengkak dalam dispersinya; sekitar VPTT, mereka mulai berkumpul, dan setelah VPTT, semua polimer digabungkan untuk membentuk suspensi heterogen polimer dalam pelarut (air dalam kasus ini), yang mengarah ke transmisi cahaya 0%. VPTT adalah indikasi titik waktu di mana rantai polimer mulai berkumpul secara masif. Sangat mudah untuk membayangkan bahwa rantai polimer mudah bertemu satu sama lain untuk berkumpul dalam dispersi dengan konsentrasi yang lebih tinggi, dan waktu yang lebih singkat diperlukan untuk memiliki pengurangan transmitansi yang setara dengan yang ada dalam dispersi encer.

VPTT Hidrogel P(OEGDA-MAA) dalam Etanol

Berbeda dengan VPTT tipe LCST, studi tentang polimer dengan UCST atau VPTT tipe UCST telah dilaporkan pada tingkat yang jauh lebih rendah [38]. Polisulfobetain [39] dan poli(N -acrylolyglyciamide) [40,41,42] adalah polimer dilaporkan dengan UCST dalam air, sedangkan poliakriamida [43] dan poli (acetoacetoxyethyl methacrylate) [44] dilaporkan menunjukkan UCST dalam campuran pelarut etanol/air biner. Roth dkk. menunjukkan bahwa poli[oligo(etilena glikol) metil eter metakrilat], (POEGMA), menunjukkan UCST dalam berbagai macam alkohol alifatik dan bahwa suhu transisi fase UCST bergantung pada struktur, berat molekul, dan konsentrasi POEGMA, seperti serta pelarut, co-pelarut [45]. P(NIPAM) juga dilaporkan menunjukkan perilaku UCST dalam campuran etanol/air [46].

Berbeda dengan pengujian VPTT tipe LCST dalam air, penelitian VPTT tipe UCST bahan ini dilakukan dalam etanol. Transmisi direkam dari 70 °C hingga 15 °C dengan waktu kesetimbangan 5 menit pada setiap suhu (Gbr. 5). Ketika suhu pada 70 °C atau lebih tinggi, dispersi hidrogel-etanol homogen dan transparan, dengan transmitansi 100% untuk semua sampel, kecuali satu pada konsentrasi tertinggi 30 mg/mL, yang transmitansinya sekitar 95%. Kami percaya transmisi 100% akan tercapai dengan waktu ekuilibrium yang diperpanjang. Transmisi tinggi ini merupakan indikasi bahwa polimer hidrogel sebagian besar membengkak dan dispersi tampak seperti larutan asli. Dengan penurunan suhu, penurunan transmitansi diamati untuk semua sampel dan jelas terkait dengan konsentrasi. Dengan penurunan suhu hingga 60 °C, transmitansi tetap pada 100% untuk dua sampel dengan konsentrasi yang lebih rendah (1 dan 2 mg/mL), dan penurunan transmitansi yang terlihat hanya diamati ketika suhu turun di bawah 60 °C, sedangkan untuk tiga sampel dengan konsentrasi yang lebih tinggi (5, 10, dan 30 mg/mL), penurunan yang jelas pada transmitansi terdeteksi mulai dari 70 °C, dan penurunan lebih signifikan untuk sampel konsentrasi yang lebih tinggi. Pada 60 °C, transmitansi sampel masing-masing turun menjadi 87, 80, dan 70%, secara ketat dalam urutan konsentrasinya dari rendah ke tinggi. Ini persis sama dengan yang diamati pada VPTT rendah dalam air, dan mudah dipahami oleh efek konsentrasi. Satu-satunya perbedaan adalah bahwa di sini berkaitan dengan etanol daripada air, dan dengan menurunkan suhu, interaksi intra dan intermolekul dari polimer hidrogel menjadi lebih penting, interaksi ini mengambil alih interaksi antara polimer dan etanol. Molekul etanol yang terkait dengan rantai polimer di atas VPTT secara bertahap dipisahkan ketika suhu diturunkan, dan rantai polimer mulai mengagregasi sendiri ketika suhu mendekati VPTT, yang menyebabkan penurunan transmisi cahaya seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 5.

Transmitansi P(OEGDA-MAA) dalam etanol dengan konsentrasi yang berbeda. Sisipannya adalah gambar optik hidrogel dalam etanol (1 mg/mL) masing-masing pada 25 dan 60 °C

Mekanisme Transisi Fase

Untuk lebih memahami mekanisme VPTT tipe UCST ini, ukuran partikel hidrogel pada konsentrasi 1 mg/mL diukur dalam proses pendinginan pada suhu (waktu) yang berbeda menggunakan DLS, persis seperti yang dilakukan untuk VPTT tipe LCST. Hasilnya digambarkan pada Gambar. 6. Ukuran partikel yang sangat kecil, dengan radius sekitar 8 nm (R _h ), diperoleh pada suhu 60 °C, meskipun sampel tampak homogen dan transparan. Ukuran kecil partikel hidrogel sesuai dengan ukuran nanogel dalam air di bawah VPTT rendah pada 10 °C (diameter 15 nm, Gambar 4), yang mungkin merupakan indikasi bahwa hidrogel ikatan silang sebagian besar membengkak menjadi keadaan seperti dilarutkan secara individual pada tingkat molekuler pada konsentrasi rendah, dan rantai hidrofilik berakhir (terutama gugus karboksilat) sepenuhnya diperpanjang menuju pelarut sekitarnya; seluruh sistem memang homogen dan tampak sepenuhnya transparan. Given the amount of MAA used (60 mol%) and its high solubility in water, it is not excluded that some chain segments, and particularly chain ends consisting of only MAA, were well present in the polymers. These chain ends would be the most exposed towards the surrounding solvent in their fully swelled state, i.e., towards water below the LCST-type VPTT and towards ethanol above the UCST-type VPTT. Owing to the limited number of the hydrophilic chain ends and their high hydration, the size of the hydrogel particles detected might be only the size of the crosslinked core, as shown by the encircled area in Fig. 7. In fact, hydrogel particles with their R _h around 10 nm, determined by DLS, were often reported. Diverse examples are available, such as polyacrylamide above its UCST in aqueous alcohol solutions [43] and 4-propoxyazobenzene-terminated PNIPAM in aqueous solution below its LCST [47]. And R _h as small as 2 to 3 nm was reported for an OEG-based responsive polymer below its LCST [48]. For the present polymer, by decreasing the temperature from 60 to 45 °C, very close to the VPTT, the R _h of the hydrogel particle size slightly increased to about 7 nm. This increase might be caused by the collapse of the hydrophilic chain ends, which were extended into ethanol at temperature above the UCST-type VPTT as discussed above. At this stage, the crosslinked core of the hydrogel particles was largely shrunk because the ethanol molecules were squeezed out of the polymer inner, owing to a decrease in the interaction of the polymer chains with ethanol molecules by decreasing the temperature, accompanied by an increase in the interaction of the polymer chains between themselves. By further decreasing the temperature to 40 °C just across the UCST (43 °C), the radius of the hydrogel particles abruptly increased to a significantly large size of 150 nm, very similarly to what observed for the aqueous dispersion shown in Fig. 4 when the temperature was increased across the LCST-type VPTT. This size here is no more that of a single crosslinked nanogel as above but rather that of the aggregate of the nanogel particles, as illustrated in Fig. 7. The radius of the particle aggregates further grew to 270 nm with the temperature further decreased to 25 °C. This suggests that, before reaching the UCST-type VPTT, the transmittance decrease was due to mainly the change in polymer chain conformation, i.e., the hydrophilic chains (ethylene oxide segments, and particularly carboxylic groups) were changed from their full extension in the solvent to coils on the surface of the individual hydrogel polymer particles with a crosslinked core for each, whereas the transmittance decrease around the VPTT was caused by self-aggregation of the nanogel particles (unimers), in accordance with further disassociation of ethanol molecules from the polymer chains. This has been named as a two-step process including dehydration of the particles (unimers) and their aggregation [16, 35, 37, 49]. In characterization of LCST or VPTT by varying temperature, the disassociation of the hydrophilic chains from the solvent molecules leads to the formation of a core-shell structure, with the hydrophobic polymer chains as the core and the dehydrated chains as the shell, this mechanism is also described as formation of core-shell micelles followed by their aggregation [16, 37]. A schematic illustration is given in Fig. 7 for this mechanism.

Diameter of P(OEGDA-MAA) hydrogels in ethanol (1 mg/mL) at different temperature

Schematic illustration of the VPTT mechanism for the UCST-type VPTT of P(OEGDA-MAA) in ethanol