بخشی از مقاله
*** اين فايل شامل تعدادي فرمول مي باشد و در سايت قابل نمايش نيست ***
مقاله سنتز هيدروژل هاي اکريليک اسيد و متااکريليک اسيد و تشکيل کمپلکس با PEG(MW=15000)
مقدمه
پلي الکتروليت ها پليمرهايي هستند که شامل گروه هاي قابل يونيزه شدن بر روي زنجيرهاي خود مي باشند. پلي الکتروليت ها مي توانند آنيوني ، کاتيوني ، يا آمفوليتيکي بوده و هم به طور طبيعي و سنتزي تهيه گردند[۱].
ژل هاي حساس به pH و دما در سال هاي اخير در کاربردهاي مختلفي از قبيل کنترل رهايش دارو و فرآيندهاي جداسازي پيشنهاد شده اند[۵ـ۲].
يکي از پارامترهاي خيلي مهم در توصيف ساختاري يک هيدروژل الکتروليتي يا غيرالکتروليتي ، جرم مولکولي بين شبکه کننده ها Mc و دانسيته شبکه کننده محاسبه مي شود. جرم مولکولي بين شبکه کننده ها مي تواند جرم مولکولي بين دو اتصال را نشان دهد، که اين اتصالات مي توانند شيميايي ، فيزيکي و يا کمپلکس هاي تشکيل شده با پليمرها باشند[۱،۳،۶،۷].
تئوري هاي مختلفي به منظور محاسبه جرم مولکولي بين شبکه کننده ها در شبکه هاي پليمري پيشنهاد شده است .
آخرين تئوري پيشنهاد شده توسط فلوري و رنر براي سيستم هاي پليمري شبکه شده ، ارائه شده است [۸،۹].
کمپلکس هاي درون مولکولي ، مي توانند از طريق اتصالات غيرکووالانسي بين زنجيرهاي پليمري مختلف ، بوجود آيند. اين ماکرومولکول ها مي توانند با تغيير شرايط به ميزان هاي مختلف ، تشکيل کمپلکس دهند. تشکيل کمپلکس مي تواند توسط برهمکنش بين يک گروه الکترون دهنده از يک ناحيه با دانسيته الکتروني بالا در يک پليمر و يک گروه الکترون گيرنده از يک ناحيه با دانسيته الکتروني پايين از يک پليمر ديگر و تشکيل پيوند هيدروژني صورت مي گيرد اين اتصالات با يک تغيير آنتروپي مثبت صورت مي گيرد[۱۶ـ۱۰].
چند مثال از سيستم هاي پليمري که در اثر تشکيل کمپلکس پيوند هيدروژني تشکيل مي دهند شامل موارد ذيل مي باشند: پلي اکريليک اسيد و پلي آکريل آميد [۱۷]، پلي اکريليک اسيد و پلي اتيلن گليکول [۱۸،۱۹]، پلي اکريليک اسيد و پلي وينيل الکل [۱۵،۱۶]، پلي متا اکريليک اسيد و پلي اتيلن گليکول [۲۲ـ۲۰] و پلي متا اکريليک اسيد و پلي وينيل پيروليدين [۲۳].
موضوع مورد بررسي ما در اين پروژه سنتز هيدروژل هاي اکريليک اسيد و متااکريليک اسيد و بررسي خواص تورمي و ترموديناميکي آنهاست ، همچنين بررسي تشکيل کمپلکس بين اين هيدروژل ها و بوده است .
مواد و تجهيزات
مونومر اکريليک اسيد و متااکريليک اسيد بصورت ناخالص ، آمونيوم پرسولفات ، سديم بي سولفيت ، به عنوان اکسيدکننده و احياءکننده واکنش پليمريزاسيون بکار رفتند.
’N,N ـ متيلن بيس آکريل آميد به عنوان عامل شبکه کننده ، يد، يديد پتاسيم ، کلريد باريم (که سه ماده اخير براي اندازه گيري ميزان PEG در محلول به کار مي روند) و مواد لازم براي تهيه بافرهاي مورد نياز از قبيل اسيدکلريدريک ، پتاسيم هيدروژن فتالات و.... استفاده شده اند.
روش تهيه هيدروژل
براي تهيه هيدروژل ها، ابتدا مونومرهاي مورد استفاده را توسط تقطير در خلاء تخليص کرده و سپس با استفاده از فرمولاسيون زير هيدروژل ها را تهيه مي کنيم :
جدول ۱ـ فرمولاسيون مناسب جهت تهيه هيدروژل ها (تمام مقادير برحسب مول )
براي تهيه هيدروژل ها دو نوع مونومر متفاوت بکار برده شد، که روش تهيه آنها تقريبا يکسان بود. در اين قسمت از پليمريزاسيون راديکالي در فاز محلول استفاده کرديم .
پس از تهيه محلول ها، براي شروع پليمريزاسيون نمونه هاي اکريليک اسيد را به مدت ۱۵ دقيقه در دماي C° ۵۵ و نمونه هاي متااکريليک اسيد را به مدت ۱۵ دقيقه در دماي C ۸۵ قرار داديم و براي تکميل پليمريزاسيون نمونه ها را ۲۴ ساعت در دماي C۴۰ قرار داديم .
بعد از اينکه سنتز نمونه ها کامل شد، آنها را توسط دستگاه برش به نمونه هايي با قطر ۱ سانتيمتر تبديل کرديم و براي خروج مواد واکنش نکرده از درون هيدروژل ها، آنها را به مدت ۷۲ ساعت در آب ديونيزه قرار داديم .
تشکيل کمپلکس بين
هيدروژل ها و
به منظور مطالعه برهمکنش بين هيدروژل ها و ، هيدروژل ها را درون بافرهايي با pH هاي مشخص قرار داديم ، بعد از رسيدن به تعادل آنها را از محيط خارج کرده و در محيطي با همان pH در حضور PEG قرار داديم .
اندازه گيري غلظت PEG در درون محلول را با روشي که در مراجع [۲۴و۲۵] ذکر گرديده انجام داديم . اين روش توسط اسپکتروفتومتري uv کمپلکس هاي تشکيل شده بين يديدباريم وPEG انجام مي گيرد. ml ۴ از محلول حاوي PEG برداشتيم ، ml ۱ از محلول ۵% (w.v) کلريد باريم در HCl ۱ نرمال به آن اضافه کرديم . در انتها ml ۱ از محلول تهيه شده از یدید پتاسیم به ان اضافه کردیم ۱۵ دقيقه زمان لازم بود تا رنگ کاملا در محلول پخش گردد. بعد از اين مدت زمان جذب نمونه ها را در ۵۳۵ nm اندازه گيري کرديم (اين روش براي اندازه گيري نمونه هايي با غلظت ۰.۱ % (w.v) به پايين مي باشد).
غلظت PEG در درون هيدروژل را با کم کردن غلظت تعادلي محلول اطراف از غلظت PEG اوليه محلول بدست آورديم .
بحث و نتيجه گيري مطالعه تورم هيدروژل ها
تورم هيدروژل هاي مختلف را بر حسب pH محيط اندازه گيري کرديم . با افزايش شبکه کننده و همچنين کاهش pH محيط ، کاهش در تورم را مشاهده شد، شکل (۱) و (۲).
به علت وجود گروه هاي کربوکسيليک اسيد در روي زنجيرهاي پليمري PAA وPMAA، با تغيير در pH محيط تفاوت قابل توجهي در تورم حاصل مي گردد. در pHهاي بازي ، گروههاي کربوکسيليک اسيد يونيزه شده و در اين حال در اثر دفعه الکترو ستات کي بين گروههاي يونيزه شده ، تورم افزايش قابل توجهي شد، و در pHهاي اسيدي بالعکس .
تا زمانيکه يک وزن ثابت براي هيدروژل ها تکرار شد، اندازه گيري ادامه يافت (شکل (۱) و(۲) جذب آب نمونه ها در pHهاي مختلف را نشان مي دهد). همانطور که در اين شکل ها ديده مي شود از محدوده 5 =pH به بعد تورم ، افزايش قابل توجهي پيدا مي کند، که اين به خاطر pka پليمرهاي موردنظر مي باشد که حدود اين pH مي باشد.
از اين اندازه گيري براي تعيين درجه تعادلي تورم ، Q:
وهمچنين تعيين کسر حجمي استفاده مي شود:
که در اينجا به ترتيب دانسيته هاي ژل متورم و آب مي باشند (که براي و براي PMAA
مي باشد)[۲۶].
