بخشی از مقاله
چکیده
هیدروژل یک شبکه آبدوست پلیمری است که می تواند چندین برابر وزن ماده خشک خود را آب جذب نماید. این مواد کاربردهای گوناگونی در بخش های مختلف صنعتی و خدماتی از جمله کشاورزی، بهداشت، و تصفیه آب دارد. در این تحقیق، هدف تولید یک هیدروژل جاذب رطوبت بوده که بتواند میزان قابل توجهی آب را در خود ذخیره کرده، قابل استفاده مجدد باشد و شبکه پلیمری در حین جذب آب در حلال خود حل نگردد. تست های طیف جذبی فوریه، میکروسکوپ اسکن الکترونی و تست تورم از نمونه گرفته شده و نتایج نهایی ارائه می گردد.
کلمات کلیدی: هیدروژل، پلیمری، آکریلیک اسید، آبدوست، شبکه متخلخل
.1 مقدمه
از نظر علمی، ژل1 به طور معمول به ماده ای گفته می شود که وقتی در حلال خوب خود قرار گیرد، ضمن جذب حلال و ایجاد تورم، حل نشود. بنابراین، ژلهای واقعی با موادی مانند ژله سرمیز غذا2 که در آب گرم حل و محلول آن در سرما سفت و منعقد میشود، به طور کامل تفاوت دارند - به همین دلیل، کاربرد واژه ژل در چنین موادی، نادرست است هر چند کاربرد آن متداول باشد - . به طور معمول جزء اندکی از ژل را که انحلالپذیر باشد، سل3 می نامند. از نظر شیمیائی، ساختار یک ژل میتواند پلیمری - درشت مولکولی - باشد یا نباشد؛ به هر حال، این ماده ساختاری شبکه ای یا سه بعدی دارد که نمیتواند در حلال خود حل شود. ژل، بر خلاف اسفنج، حلال جذب کرده خود را حتی تحت فشار نیز از دست نمیدهد.چنانچه ژل، آبدوست باشد، آن را هیدروژل1 می نامند. هیدروژل، سوپر جاذب یا آبرجاذب2 پلیمری آبدوست با شبکه سه بعدی است که قابلیت جذب و نگهداری مقادیر زیادی آب و محلولهای آبی را دارد، حتی اگر تحت فشار باشد.
.2 پیشینه تحقیق
هیدروژل ها شبکه های پلیمری هستند که قابلیت جذب آب قابل توجهی را در ساختار شبکه ای خود داشته و شکل پذیرند. این مواد با برخورداری از حالت نیمه جامد، در زمان از دست دادن آب منقبض می شوند. هیدروژل ها کاربردهای فراوانی در دارورسانی، مهندسی بافت و فرایندهای جداسازی دارند.[1] جانوو چن و یومبنگ ژائو - 1999 - عوامل موثر در تولید پلیمرهای سوپرجاذب از جمله تاثیر اغازگر، دمای حمام آب، اتصال دهنده عرضی و درجه خنثی سازی بر جذب آب و همچنین تغییر دمایی ترکیب مونومر در زمان پلیمریزاسیون را مورد بررسی قرار دادند و مشخص کردند که افزایش میزان آغازگر باعث بهبود اتصالات عرضی می گردد. [2]
در دهه های اخیر، جهت بهبود عملکرد زیست حسگرها به وسیله ذرات کلوییدی تعبیه شده در ژل که بر اثر جریان الکترواسمزی به وجود آمده مطالعات بسیاری در زمینه استفاده از کامپوزیت های بر پایه هیدروژل در کاربردهای انتقال جرم انجام گرفته است .[3, 4]دست یابی به دانش فنی تولید هیدروژل از اهمیت به سزایی برخوردار است. لذا در این پژوهش، هدف تولید آزمایشگاهی یک هیدروژل جاذب رطوبت بر پایه آکریلیک اسید است. این هیدروژل باید - 1 - توانایی ذخیره سازی بالای آب را داشته، - 2 - قابل استفاده مجدد باشد و - - 3 شبکه پلیمری در حین جذب آب در حلال خود حل نگردد. پس از تولید هیدروژل مورد نظر، خواص آن توسط تست های طیف جذبی فوریه، میکروسکوپ اسکن الکترونی و تست تورم بررسی می گردد.
.3 مواد و روش کار
-1-3 مواد مورد استفاده :
موادی که در این تحقیق استفاده شده اند عبارتست از: آکریلیک اسید - ساخت شرکت رویالکس هند - ، سدیم هیدروکسید - ساخت شرکت سینکم کره - ، نرمال متیل بیس آکریلامید - ساخت شرکت مرک آلمان - ، آمونیوم پرسولفات - ساخت شرکت سیتکم کره - ، اتانول - ساخت شرکت پارس الکل -
-2-3 روش کار :
مقدار 7,2 گرم اکریلیک اسید را با 20 میلی لیتر آب مقطر مخلوط، کاملا حل و سپس آن را با محلول سود سوزآور 2 نرمال تا 60 درصد خنثی سازی می نماییم. محلول نهایی را به درون بالن سه دهانه همزن دار در حالی که در حمام پارافین دماسنج دار قرار دارد، وارد می نماییم. 14,4 میلی گرم از ماده اتصال دهنده3 عرضی نرمال متیل بیساکریل آمید را تحت جو گاز نیتروژن به بالن سه دهانه وارد و با دور ثابت کاملا در محلول حل می نماییم. دما را در 70 درجه سانتیگراد ثابت نگه داشته و 79,2 میلی گرم از ماده آغازگر واکنش آمونیوم پرسولفات به محلول اضافه و تحت همین شرایط واکنش را تا 2 ساعت ادامه می دهیم. سپس محصول واکنش را در اتانول 98 درصد شستشو داده و در آون خشک می نماییم.
-3-3 شناسایی :
جهت تشخیص گروه های عاملی و ترکیب شیمیایی مواد موجود و همچنین پیوندهای شیمیایی از آزمون FTIR استفاده می نماییم. این تست توسط دستگاه MATTLER TOLEDO ساخت کشور سوییس - در دانشگاه آزاد اسلامی واحد شیراز - انجام گردیده است. همچنین به واسطه آزمون SEM در آزمایشگاه مرکزی دانشگاه شیراز نمونه پوشش طلا داده شده و توسط دستگاه VEGA3 TESCAN مورفولوژی سطح و ساختار این ماده را مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین با استفاده از آزمون تورم که میزان جذب آب در واحد زمان را مشخص می نماید، به میزان نهایی جذب و همچنین سرعت آن اشاره می نماییم. فرمول محاسبه میزان تورم به صورت زیر است :در این رابطه، Swelling Ratio میزان جذب آب نسبت به حالت خشک، Ws وزن در حالت متورم شده، و Wd وزن در حالت خشک است.
.4 نتایج
برای بررسی میزان تورم نمونه، آن را در یک محفظه فلزی قرار داده و در آب با دمای 25 درجه سانتیگراد قرار می دهیم. هر 5 دقیقه میزان آب جذب شده توسط آن را اندازه گیری می نماییم. نتایج در نمودار 1 آورده شده است.همانگونه که در نمودار مشخص است محصول تولیدی می تواند تنها در مدت 45 دقیقه 15 برابر وزن ماده خشک خود را اب جذب نماید در حالیکه این عدد برای هیدروژل های ساده به حداکثر 10 برابر می رسد.[5] وزن هیدروژل خشک 0,07 گرم و میزان جذب آب نهایی آن 1,09 است.
