Исследование влияния различных факторов на свойства частиц микрогелей с двойной чувствительностью
Данные по исследованию набухания/сжатия частиц микрогелей поли (N-изопропилакриламид) [PNIPAM] и его производных. Частицы микрогеля PNIPAM как температуро-чувствительные из-за наличия гидрофобных изопропильных групп, и гидрофильности амидных групп.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 26.04.2019 |
| Размер файла | 227,9 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
ЮКГУ им.М. Ауэзова
Исследование влияния различных факторов на свойства частиц микрогелей с двойной чувствительностью
Сансызбаева А., Есимова А.М.
Г. Шымкент, Казахстан
Введение
Эта статья приводит данные по исследованию набухания/сжатия частиц микрогелей поли (N-изопропилакриламид) [PNIPAM] и его производных. Частицы микрогеляPNIPAM являются температуро-чувствительными из-за наличия гидрофобных изопропильных групп, и гидрофильности амидных групп. Кроме того, показано, что частицы микрогелей являются также функциями от рН. Таким образом, размер частиц микрогелей PNIPAM и его производных зависит как от температуры, так и рН [1]. Гидрогели представляют собой сшитый полимерные цепи, которые являются водорастворимыми (гидрофильными). Химическая природа полимерной сети гидрогеля диктует их поведение. Гидрогели, состоящие из такого материала как Nизопропилакриламид (НИПАМ) является температурно-чувствительным, следовательно набухают/сжимаются с изменением температуры [2]; гели поли (2-винилпиридина) и полиакриловой кислоты являются рН-чувствительными, поэтому они реагируют на изменения рН окружающей среды [3]. Кроме того, модифицированные частицы микрогеля поли (N-изопропилакриламида) [PNIPAM] могут быть синтезированы с другими функциональностями, что делает полученные микрогели чувствительными не только к температуре, но и к другим воздействиям [4], [5]. Такие микрогели могут иметь потенциал для применения как в экологической, так и фармацевтической промышленности.
Кроме того, микрогели также могут быть разработаны, чтобы быть чувствительными для определенных молекул, в результате чего они набухают, илинаоборот, в их присутствии. В этой работе приготовленымикрогели чувствительные к меди или глюкозе. Таким образом, микрогели обладают потенциалом для использования в качестве датчиков, экстрагентов или систем доставки лекарственных веществ. Поэтому исследование свойств приготовленных микрогелей в зависимости от таких факторов как температура, рН и др., является наиболее актуальным.
Динамическое светорассеяние (DynamicLightScattering)
Анализатор BrookhavenZetaPALS был использован для измерения дзета-потенциала и размера частиц микрогелей. Сублимационная сушка (Freeze-drying). Для того, чтобы образцы для СЭМ были сухими, микрогели были подвергнуты сублимационной сушке в приборе HetoPowerDryLL1500 (ThermoScientfic) на одну неделю.
Сканирующая электронная микроскопия (ScanningElectronMicroscopy). Изображения высокого разрешения были получены при помощи электронной микроскопии, что дает информацию о морфологии, химического состава и кристаллической структуре образцов.
Результаты и обсуждение
Размер частиц микрогеля поли N-изопропилакриламида с Акриловой кислотой P (NIPAM-co-AA) были определены как функция температуры при рН 6,0. Эти исследования были проведены на ZetaPALS инструменте, который имеет внутреннее нагревательное устройство. Образцы были исследованы в ряду температур между 250 и 500C. Рисунок 1 показывает изменение размеров и последующее набухание/сжатие частиц микрогеля. Значения диаметров частиц представлены в таблице 1.
Рисунок 1. Диаметр частиц микрогеля с различными концентрациями групп акриловой кислоты как функция температуры при рН 6.0 (концентрация электролита 2·105 моль/л)
Таблица 1. Диаметр частиц (в нм) образцов с различными концентрациями включенной акриловой кислоты как функция температуры в ряду 25-500С при рН 6.0 (концентрация электролита 2·10-5 моль/л).
|
Соотношение NIPAM/АА |
100% NIPAM/0%AA |
90% NIPAM/10% AA |
80% NIPAM/20% AA |
70% NIPAM/30% AA |
|
|
Температура, 0С |
|||||
|
25 |
430 |
645 |
900 |
1170 |
|
|
30 |
470 |
570 |
785 |
930 |
|
|
35 |
365 |
525 |
720 |
875 |
|
|
40 |
315 |
410 |
555 |
545 |
|
|
45 |
300 |
310 |
490 |
455 |
|
|
50 |
285 |
305 |
475 |
435 |
Полидисперсный индекс (PI) ниже, чем 0,1 для всех представленных значений
Рисунок 1 показывает влияние температуры на размер частиц микрогелей, содержащих различные концентрации акриловой кислоты. При 250С размер частиц равен 425±20 нм, при повышении температуры до 300С размер частиц остается постоянным, но при высоких температурах до 500С размер частиц сокращается до 285±20 нм, большинство сокращений происходит между 30 и 400С. Эти данные согласуются с рядом исследований по микрогелямPNIPAM [6], [5]. Набухание частиц происходит потому, что при понижении температуры PNIPAM растворяется далее в воде, так как нижняя критическая температура раствора (НКТР) равна 320С, как сообщается в литературе [7]. Хотя набухание происходит выше НКТР, следует помнить, что НКТР - это температура фазового перехода для бесконечного молекулярного веса полимера и что растворение может быть достигнуто до НКТР. Также N,N'-метиленбисакриламид является более гидрофильным, чем NIPAM, и поэтому ожидается, что они имеют температуру объемного фазового перехода немного выше, чем 320С.
микрогель частица изопропильная гидрофобная группа
Инструмент ZetaPALS измеряет не только размер частиц, но и дает данные о полидисперсностимикрогелей. Для всех образцов полидисперсность ниже, чем 0,1, следовательно, не изменяются значительно с температурой.
Влияние рН на размер частиц микрогелей, состоящие из NIPAM и частиц акриловой кислоты, было исследовано, используя ZetaPALS инструмент.
Рисунок 2. Диаметр микрогелей с различными концентрациями групп акриловой кислоты как функция рН при 250С.
Рисунок 2 показывает, что концентрация акриловой кислоты влияет на размер частиц, то есть размер частиц при РН 1.0. Диаметр коллапсированных частиц увеличивается с увеличением концентрации включенной акриловой кислоты. Например, диаметр микрогелей, содержащий 30% акриловой кислоты, приблизительно700±50 нм, в то время как для 10% и 0% акриловой кислоты соответственно 540±50 нм и 360±30 нм. рН 1.0 ниже pKa акриловой кислоты, поэтому это концентрация электролита, приблизительно 0.1 моль/л при рН 1.0, что вызывает этот эффект путем уменьшения качества растворителя для N-изопропилакриламида, то есть гидрофобная гидратация вокруг полимерной цепи ослабляется сольватацией ионов соли, в то же самое время электростатическое отталкивание уменьшается.
Концентрация анионных карбоксильных групп возрастает с возрастанием рН благодаря диссоциации и это приводит к электростатическому отталкиванию, который разрушает водородные связи между карбоксильными группами акриловой кислоты и амидными группами NIPAM.
Выводы
Анализ реакции микрогелей при различных рН показывает, что являясь и рН - и температурно-чувствительными с определенными концентрациями групп акриловой кислоты в цепи, полученные частицы микрогелей имеют двойную чувствительность. Однако, микрогелиаггрегируют при рН 1,0 при высоких температурах. Хотя при рН 3,0 микрогели, содержащие 10% групп акриловой кислоты аггрегируют, содержащие в цепи 20% и 30% групп акриловой кислоты - не аггрегируют. Это привело к попытке синтезировать частицы микрогелей с повышенной концентрацией акриловой кислоты, однако эти попытки были неуспешными, так как микрогели не могли быть получены с концентрацией акриловой кислоты выше 30%, поскольку повышение концентрации акриловой кислоты вызывает скорее линейную полимеризацию, чем синтез микрогелей. Таким образом, было решено получить частицы микрогелей как рН-и температурночувствительные агенты.
Литература
1. Ferry, J. D., Viscoelastic properties of polymers. 1980, New York: Wiley.
2. Ruel-Gariepy, E. and Leroux, J. - C., In situ-forming hydrogels - review of temperaturesensitive systems. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics, 2004.58 (2): p.409426.
3. Ali, A., Shawky, H., el Rehim, H. A., and Hegazy, E., Synthesis and characterization of PVP/AAc copolymer hydrogel and its applications in the removal of heavy metals from aqueous solution. European polymer journal, 2003.39 (12): p.2337-2344.
4. Cornelius, V., Snowden, M., and Mitchell, J., The use of colloidal microgels for the controlled delivery of proteins and peptides. Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering, 2007.6413: p. Y4130-Y4130.
5. Khan, A., Preparation and characterization of N-isopropylacrylamide/acrylic acid copolymer core-shell microgel particles. Journal of Colloid and Interface Science, 2007.313 (2): p.697-704.
6. Snowden, M., Chowdhry, B. Z., Vincent, B., and Morris, G., Colloidal copolymer microgels of N-isopropylacrylamide and acrylic acid: pH, ionic strength and temperature effects. Journal of the Chemical Society. Faraday Transactions, 1996.92 (24): p.5013-5016.
7. Heskins, M. and Guillet, J. E., Solution properties of poly (N-isopropylacrylamide).
8. Journal of Macromolecular Science, 1968.2 (8): p.1441-1455.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Диффузия как движение частиц среды, приводящее к установлению равновесного распределения концентраций частиц в среде. Оценка влияния данного процесса на свойства металлов. Превращения сплаве при охлаждении от температуры в жидком состоянии до комнатной.
контрольная работа [543,5 K], добавлен 08.12.2014- Научно-методические основы управления состоянием хвостохранилищ горно-металлургического производства
Оседание частиц в воде при осветлении в отстойниках, при формировании хвостохранилищ. Аналитическое исследование процесса оседания твердых частиц в неподвижной воде. Методика определения скорости оседания, условия, при которых частицы поднимаются вверх.
методичка [629,2 K], добавлен 05.12.2011 Вид связующих и отвердителя, время прессования, порода древесины и геометрические размеры частиц. Факторы, обусловливающие свойства плиты, уровень влажности в ковре и распределение влаги. Удельное давление и распределение плотности по толщине плиты.
курсовая работа [185,6 K], добавлен 18.11.2010Характеристика реакторов с механическим перемешиванием, барботажных колонн, эрлифтных реакторов с внутренней и внешней циркуляцией как основных групп биореакторов. Изучение процессов стерилизации и очистки воздуха от микроорганизмов и аэрозольных частиц.
реферат [2,8 M], добавлен 31.05.2010Применение искусственных кож, получаемых из отходов кожевенного производства. Общая характеристика подотрасли, ассортимент, объемы основных групп вырабатываемой продукции. Исследование влияния некоторых факторов вакуумной сушки на усадку кожи по площади.
контрольная работа [54,5 K], добавлен 08.06.2012Метод фильтрования и его применение в промышленности для очистки сточных вод от взвешенных частиц. Основные расчетные формулы и зависимости. Оборудование и современные аппараты для фильтрования сточных вод. Пример и схема реализации данного метода.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 06.12.2013Проект спирального гидроциклона СМГ-С, предназначенного для отчистки промывочных жидкостей от песка, грубодисперсных частиц, поступающих в раствор вместе с глиной, и частиц выбуренной породы, которыми раствор обогащается в процессе бурения скважин.
курсовая работа [373,0 K], добавлен 12.03.2008Теплофизические свойства алюмината магния и его химическая стойкость к агрессивным средам. Оптимальный технологический режим проведения реакции соосаждения гидрооксидов магния и алюминия. Внешний вид частиц порошка. Результаты триботехнических испытаний.
статья [187,7 K], добавлен 05.08.2013Расчетное исследование влияния основных параметров топочного процесса на полноту сгорания топлива в котле. Математическое моделирование горения движущейся коксовой частицы. Расчет движения частицы в заданном поле скоростей и горения коксового остатка.
курсовая работа [2,1 M], добавлен 27.08.2012Исследования влияния на nt и рt различных параметров циклов для комбинированного двигателя. Анализ значения КПД и давления при исходных данных. Оценка влияния степени предварительного расширения, степени повышения давления и степени сжатия на значение Pz.
контрольная работа [4,0 M], добавлен 11.06.2012Построение плана положений, ускорений и скоростей механизма, основных параметров годографа, кинематических диаграмм. Силовой расчет различных групп Ассура. Определение уравновешивающей силы по методу Жуковского. Проектирование кулачкового механизма.
курсовая работа [627,0 K], добавлен 28.12.2015Достоинства порошков с никелевым покрытием. Влияние исходной концентрации сульфата аммония на микроструктуру композиционных никель-алюминиевых частиц и на технологические показатели процесса плакирования. Свойства покрытий из плакированных порошков.
статья [142,4 K], добавлен 05.08.2013Особенности формирования структуры и свойств обжиговых керамических композиционных материалов из грубодисперсных непластичных компонентов. Теория и практика плотной упаковки частиц в полидисперных системах. Исследование процессов образования волластонита.
диссертация [4,6 M], добавлен 12.02.2015Классификация и особенности конструкций холодильных компрессоров. Процесс сжатия в поршневом компрессоре. Объемные потери компрессора и их учет. Влияние различных факторов на коэффициент подачи. Принцип действия и области применения винтовых компрессоров.
контрольная работа [41,4 K], добавлен 26.05.2014Получение левоглюкозана при термообработке хлопковой целлюлозы в интервале температур 350-400° при пониженном давлении, аморфность его структуры. Стадии термического распада целлюлозы. Исследования по синтезу полилевоглюкозана, его эфиров и производных.
статья [33,3 K], добавлен 22.02.2010Экспериментальное изучение поведения материалов и определение их механических характеристик при растяжении и сжатии. Получение диаграмм растяжения и сжатия различных материалов до момента разрушения. Зависимость между сжатием образца и сжимающим усилием.
лабораторная работа [61,4 K], добавлен 01.12.2011- Исследование процесса движения частиц в газоплазменном потоке при газотермическом нанесении покрытий
Характеристика основных закономерностей процесса газотермического нанесения покрытий. Устройство плазматрон. Преимущества технологии газотермического нанесения покрытий. Моделирование воздействия концентрированного потока энергии на поверхность.
контрольная работа [3,2 M], добавлен 16.06.2013 Типы кристаллических решёток металлов и дефекты их строения. Свойства и области применения карбида кремния. Электропроводность жидких диэлектриков и влиянии на неё различных факторов. Виды, свойства и применение неметаллических проводниковых материалов.
контрольная работа [1,5 M], добавлен 09.10.2010Сущность технологического процесса и его этапы. Механические свойства древесины и методы их измерения. Характеристика групп стали, чугуна, цветных металлов: маркировка и содержание добавок, изготовление деталей. Предназначение токарно-фрейзерного станка.
шпаргалка [31,2 K], добавлен 04.06.2009Анализ требований к продукции со стороны различных групп потребителей. Определение коэффициента весомости единичных показателей качества электрического перфоратора. Методы попарного сопоставления. "Дерево свойств" объекта. Построение шкал оценивания.
курсовая работа [239,3 K], добавлен 02.06.2014
