อุณหภูมิการละลายวิกฤตต่ำสุด ( LCST ) หรืออุณหภูมิการละลายต่ำสุดคืออุณหภูมิวิกฤตที่ต่ำกว่านั้น ส่วนประกอบของสารผสมจะผสมกันได้ในทุกสัดส่วน^{[ 1 ] [ 2 ]}คำว่าต่ำสุดบ่งชี้ว่า LCST เป็นขอบเขตล่างของช่วงอุณหภูมิของการผสมกันได้บางส่วน หรือการผสมกันได้เฉพาะองค์ประกอบบางอย่างเท่านั้น

พฤติกรรมเฟสของสารละลายพอลิเมอร์เป็นคุณสมบัติสำคัญที่เกี่ยวข้องกับการพัฒนาและการออกแบบกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับพอลิเมอร์ส่วนใหญ่ สารละลายพอลิเมอร์ที่ผสมกันได้บางส่วนมักแสดงขอบเขตการละลายสองขอบเขต คืออุณหภูมิวิกฤตการละลายสูงสุด (UCST) และ LCST ซึ่งทั้งสองขึ้นอยู่กับมวลโมลาร์และความดัน ที่อุณหภูมิต่ำกว่า LCST ระบบจะผสมกันได้อย่างสมบูรณ์ในทุกสัดส่วน ในขณะที่เหนือ LCST จะเกิดการผสมของเหลวบางส่วน^{[ 3 ] [ 4 ]}

ในแผนภาพเฟสของส่วนประกอบในสารผสม LCST คือจุดต่ำสุดร่วมของ เส้นโค้ง สปิโนดัลและไบนอดัล (หรือเส้นโค้งการอยู่ร่วมกัน) ที่โค้งขึ้น โดยทั่วไปแล้ว ค่า LCST จะขึ้นอยู่กับ ความดันโดยจะเพิ่มขึ้นตามความดันที่เพิ่มขึ้น

สำหรับโมเลกุลขนาดเล็ก การมีอยู่ของ LCST นั้นพบได้น้อยกว่าการมีอยู่ของอุณหภูมิวิกฤตสูงสุด (UCST) มาก แต่ก็มีบางกรณีที่เกิดขึ้น ตัวอย่างเช่น ระบบไตรเอทิลอะมีน -น้ำมี LCST เท่ากับ 19  °C ดังนั้นสารทั้งสองชนิดนี้จึงผสมกันได้ในทุกสัดส่วนที่อุณหภูมิต่ำกว่า 19  °C แต่ไม่สามารถผสมกันได้ที่อุณหภูมิสูงกว่า^{[ 1 ] [ 2 ]}ระบบนิโคติน -น้ำมี LCST เท่ากับ 61  °C และยังมี UCST เท่ากับ 210  °C ที่ความดันสูงพอที่จะทำให้น้ำเป็นของเหลวได้ที่อุณหภูมินั้น ดังนั้นส่วนประกอบต่างๆ จึงผสมกันได้ในทุกสัดส่วนที่อุณหภูมิต่ำกว่า 61  °C และสูงกว่า 210  °C (ที่ความดันสูง) และผสมกันได้บางส่วนในช่วงตั้งแต่ 61 ถึง 210  °C ^{[ 1 ] [ 2 ]}

สารละลาย พอลิเมอร์บางชนิดมี LCST ที่อุณหภูมิสูงกว่า UCST ดังที่แสดงในแผนภาพ หมายความว่ามีช่วงอุณหภูมิที่สามารถผสมกันได้อย่างสมบูรณ์ โดยมีการผสมกันได้บางส่วนที่อุณหภูมิสูงกว่าและต่ำกว่า^{[ 5 ]}

ในกรณีของสารละลายพอลิเมอร์ LCST ยังขึ้นอยู่กับระดับการพอลิเมอไรเซชันของพอ ลิเมอร์ ความเป็นพหุขนาดและการแตกแขนง^{[ 6 ]}รวมถึงองค์ประกอบและโครงสร้างของพอลิเมอร์ด้วย^{[ 7 ]} หนึ่งในพอลิเมอร์ที่ได้รับการศึกษามากที่สุดซึ่งสารละลายในน้ำแสดง LCST คือโพลี(N-ไอโซโพรพิลอะคริลาไมด์) ^{แม้ว่า}จะเชื่อกันอย่างกว้างขวางว่าการเปลี่ยนเฟส นี้ เกิดขึ้นที่32 °C (90 °F) [ ^{8 ]}อุณหภูมิที่แท้จริงอาจแตกต่างกัน 5 ถึง 10 °C (หรือมากกว่านั้น) ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของพอลิเมอร์^{[ 8 ]}มวลโมลาร์ของสายโซ่พอลิเมอร์ความเป็นพหุ ขนาดของพอลิเมอร์ รวมถึงหมู่ปลาย^{[ 8 ] [ 9 ]}นอกจากนี้ โมเลกุลอื่นๆ ในสารละลายพอลิเมอร์ เช่น เกลือหรือโปรตีน สามารถเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิจุดเมฆได้^{[ 10 ] [ 11 ]}โมโนเมอร์อีกตัวหนึ่งซึ่งโฮโมพอลิเมอร์และโคพอลิเมอร์แสดงพฤติกรรม LCST ในสารละลายคือ 2-(ไดเมทิลอะมิโน)เอทิลเมทาคริเลต^{[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]}   

ค่า LCST ขึ้นอยู่กับการเตรียมพอลิเมอร์ และในกรณีของโคพอลิเมอร์ อัตราส่วนของโมโนเมอร์ รวมถึงคุณสมบัติชอบน้ำหรือไม่ชอบน้ำของพอลิเมอร์ด้วย

จนถึงปัจจุบัน มีการค้นพบตัวอย่างพอลิเมอร์ที่ไม่ใช่ไอออนิกที่มี LCST ในสารละลายน้ำมากกว่า 70 ตัวอย่าง^{[ 17 ]}

ปัจจัยทางกายภาพที่สำคัญที่ทำให้ LCST แตกต่างจากพฤติกรรมการผสมอื่นๆ คือ การแยกเฟส LCST เกิดจากเอนโทรปีของการผสมที่ ไม่เอื้ออำนวย ^{[ 18 ]}เนื่องจากการผสมของสองเฟสเกิดขึ้นเองได้ที่อุณหภูมิต่ำกว่า LCST แต่ไม่เกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูงกว่า ดังนั้น การเปลี่ยนแปลง พลังงานอิสระของกิบส์ (ΔG) สำหรับการผสมของสองเฟสนี้จึงเป็นลบที่อุณหภูมิต่ำกว่า LCST และเป็นบวกที่อุณหภูมิสูงกว่า และการเปลี่ยนแปลงเอนโทรปี ΔS = – (dΔG/dT) จะเป็นลบสำหรับกระบวนการผสมนี้ ซึ่งแตกต่างจากกรณีทั่วไปและที่เข้าใจง่ายกว่าที่เอนโทรปีเป็นตัวขับเคลื่อนการผสมเนื่องจากปริมาตรที่เข้าถึงได้ของแต่ละองค์ประกอบเพิ่มขึ้นเมื่อผสมกัน อย่างไรก็ตาม เมื่อเร็วๆ นี้ได้มีการตั้งสมมติฐานว่าพฤติกรรม LCST อาจเกิดขึ้นจากเอนโทรปีของการผสมที่เป็นบวกอย่างเคร่งครัดได้เช่นกัน โดยมีเงื่อนไขว่าเอนโทรปีของการผสมจะต่ำกว่าในบริเวณช่องว่างของการผสมได้^{[ 19 ]}

โดยทั่วไป เอนโทรปีของการผสมที่ไม่เอื้ออำนวยซึ่งเป็นสาเหตุของ LCST มีต้นกำเนิดทางกายภาพสองประการ ประการแรกคือปฏิสัมพันธ์แบบเชื่อมโยงระหว่างส่วนประกอบทั้งสอง เช่น ปฏิสัมพันธ์แบบขั้วที่แข็งแรงหรือพันธะไฮโดรเจนซึ่งป้องกันการผสมแบบสุ่ม ตัวอย่างเช่น ในระบบไตรเอทิลอะมีน-น้ำ โมเลกุลของอะมีนไม่สามารถสร้างพันธะไฮโดรเจนระหว่างกันได้ แต่สามารถสร้างพันธะกับโมเลกุลของน้ำเท่านั้น ดังนั้นในสารละลาย โมเลกุล ของอะมีนจึงยังคงเชื่อมโยงกับโมเลกุลของน้ำโดยมีการสูญเสียเอนโทรปี การผสมที่เกิดขึ้นต่ำกว่า 19 °C ไม่ได้เกิดจากเอนโทรปี แต่เกิดจากเอนทัลปีของการก่อตัวของพันธะไฮโดรเจน ปฏิสัมพันธ์แบบเชื่อมโยงที่แข็งแรงเพียงพอและได้รับข้อมูลทางเรขาคณิตระหว่างตัวถูกละลายและตัวทำละลายได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเพียงพอที่จะนำไปสู่ ​​LCST ^{[ 20 ]}

ปัจจัยทางกายภาพประการที่สองที่สามารถนำไปสู่ ​​LCST คือผลกระทบจากการบีบอัด โดยเฉพาะในระบบพอลิเมอร์-ตัวทำละลาย^{[ 18 ]}สำหรับระบบที่ไม่เป็นขั้ว เช่นพอลิสไตรีนในไซโคลเฮกเซนการแยกเฟสได้รับการสังเกตในหลอดปิดผนึก (ที่ความดันสูง) ที่อุณหภูมิใกล้จุดวิกฤตของตัวทำละลายที่เป็นของเหลว-ไอ ที่อุณหภูมิดังกล่าว ตัวทำละลายจะขยายตัวเร็วกว่าพอลิเมอร์มาก ซึ่งส่วนต่างๆ ของพอลิเมอร์เชื่อมต่อกันด้วยพันธะโควาเลนต์ ดังนั้นการผสมจึงต้องอาศัยการหดตัวของตัวทำละลายเพื่อให้พอลิเมอร์เข้ากันได้ ส่งผลให้สูญเสียเอนโทรปี^{[ 5 ]}

ภายในกลศาสตร์เชิงสถิติ LCST สามารถสร้างแบบจำลองทางทฤษฎีได้โดยใช้แบบจำลองของไหลแบบแลตติส ซึ่งเป็นส่วนขยายของทฤษฎีการแก้ปัญหาของ Flory–Hugginsที่รวมเอาช่องว่างเข้าไปด้วย จึงสามารถอธิบายผลกระทบของความหนาแน่นและความสามารถในการอัดตัวที่แปรผันได้^{[ 18 ]}

ส่วนขยายใหม่ของทฤษฎีสารละลาย Flory-Hugginsแสดงให้เห็นว่าการรวมเฉพาะปฏิสัมพันธ์แบบเชื่อมโยงที่ได้รับข้อมูลทางเรขาคณิตระหว่างตัวถูกละลายและตัวทำละลายก็เพียงพอที่จะสังเกต LCST ได้^{[ 20 ]}

วิธีการสามกลุ่มสำหรับการหาความสัมพันธ์และการทำนาย LCST กลุ่มแรกเสนอแบบจำลองที่อิงตามพื้นฐานทางทฤษฎีที่แข็งแกร่งโดยใช้ข้อมูลการทดลองของของเหลว-ของเหลวหรือไอ-ของเหลว วิธีการเหล่านี้ต้องการข้อมูลการทดลองเพื่อปรับพารามิเตอร์ที่ไม่ทราบค่า ส่งผลให้ความสามารถในการทำนายมีจำกัด^{[ 21 ]}อีกแนวทางหนึ่งใช้สมการเชิงประจักษ์ที่เชื่อมโยง θ (LCST) กับคุณสมบัติทางกายภาพและเคมี เช่น ความหนาแน่น คุณสมบัติวิกฤต ฯลฯ แต่มีข้อเสียคือคุณสมบัติเหล่านี้ไม่สามารถหาได้เสมอไป^{[ 22 ] [ 23 ]}แนวทางใหม่ที่เสนอโดย Liu และ Zhong พัฒนาแบบจำลองเชิงเส้นสำหรับการทำนาย θ (LCST) โดยใช้ดัชนีการเชื่อมต่อโมเลกุล ซึ่งขึ้นอยู่กับโครงสร้างของตัวทำละลายและพอลิเมอร์เท่านั้น^{[ 24 ] [ 25 ]}แนวทางหลังนี้ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นเทคนิคที่มีประโยชน์มากในการวิจัยความสัมพันธ์เชิงปริมาณระหว่างโครงสร้าง-กิจกรรม/คุณสมบัติ (QSAR/QSPR) สำหรับพอลิเมอร์และสารละลายพอลิเมอร์ การศึกษา QSAR / QSPRเป็นความพยายามที่จะลดองค์ประกอบของการลองผิดลองถูกในการออกแบบสารประกอบที่มีกิจกรรม/คุณสมบัติที่ต้องการ โดยการสร้างความสัมพันธ์ทางคณิตศาสตร์ระหว่างกิจกรรม/คุณสมบัติที่สนใจกับพารามิเตอร์ที่วัดได้หรือคำนวณได้ เช่น ดัชนีทางโทโพโลยี ทางกายภาพเคมี สเตอริโอเคมี หรืออิเล็กทรอนิกส์ เมื่อไม่นานมานี้ มีการเผยแพร่แบบจำลอง QSPR สำหรับการทำนาย θ (LCST) โดยใช้ตัวบ่งชี้โมเลกุล (อิเล็กทรอนิกส์ ทางกายภาพเคมี ฯลฯ) ^{[ 26 ]}การใช้แบบจำลอง QSPR ที่แข็งแกร่งและได้รับการตรวจสอบแล้ว สามารถลดเวลาและความพยายามในการทดลองลงได้อย่างมาก เนื่องจากสามารถประมาณค่า θ (LCST) ที่เชื่อถือได้สำหรับสารละลายพอลิเมอร์ได้ก่อนที่จะสังเคราะห์จริงในห้องปฏิบัติการ

• อุณหภูมิวิกฤตสูงสุดของสารละลาย
• การเปลี่ยนสถานะจากขดเป็นทรงกลม