HIDROFIL HÉJ KIALAKÍTÁSA POLI(N-IZOPROPIL-AKRILAMID) MIKROGÉL RÉSZECSKÉKEN Róth Csaba Témavezető: Dr. Varga Imre Eötvös Loránd Tudományegyetem, Budapest Természettudományi Kar Kémiai Intézet 2015. december 12.
Irodalmi áttekintés Polimer gélek A polimer gélek oldószerben duzzadt polimer térhálók Intelligens hidrogélek Inger : környezeti paraméterek változása
Irodalmi áttekintés Poli(N-izopropil-akrilamid) alapú hidrogélek A p(nipam) polimer alsó kritikus szételegyedési hőmérséklettel (Lower Critical Solution Temperature, LCST) rendelkezik 1 LCST értéke 32 C körül van 1 Gibson, M.I. and R.K. O'Reilly: To aggregate, or not to aggregate? considerations in the design and application of polymeric thermally-responsive nanoparticles. Chemical Society Reviews, 2013. 42, 17, 7204-7213.
Irodalmi áttekintés Poli(N-izopropil-akrilamid) alapú hidrogélek A p(nipam) polimerből előállított kovalens kötéssel összetartott gélek esetében 32 C-on térfogati fázisátalakulás játszódik le (Volume Phase Transition Temperature, VPTT)
Irodalmi áttekintés Poli(N-izopropil-akrilamid) mikrogélek szintézise Felhasznált anyagok: N-izopropil-akrilamid (NIPAm) N,N -metilén-biszakrilamid (BIS) Ammónium-perszulfát (APS) Nátrium-dodecilszulfát (NaDS vagy SDS)
Irodalmi áttekintés Klasszikus szintézis: precipitációs polimerizáció 2 Mikrogél keletkezésének folyamata A p(nipam) mikrogél mag-héj szerkezete 3 2 Pelton R. H., Chibante P.; Colloid and Surfaces, 1986, 20, 247-256. 3 Varga I., Gilányi T., Mészáros R., Filipcsei G., Zrínyi M.; J. Phys. Chem. B, 2001, 105, 38, 9071-9076
Irodalmi áttekintés Mag-héj szerkezetű p(nipam) alapú mikrogél részecskék szintézise Kétlépéses szintézis 4 : 1. lépés + 2. lépés 4 Jones C. D., Lyon L. A.; Macromolecules, 2000, 33, 8301-8306.
Irodalmi áttekintés Mag-héj szerkezetű p(nipam) alapú mikrogél részecskék szintézise Egylépéses szintézis 5 : 1 + ~0.1 c(t) / c 0 0 0 t / perc 5 Kardos A.; Mag-héj szerkezetű intelligens gélek előállítása: p(nipam)-héj-p(aac) egylépéses szintézise, 2012
Célkitűzés Az eredő kölcsönhatási potenciál: V = V Born + V A + V el + V szt + Cél: p(nipam)-héj-p(va) sztérikusan stabilizált, mag-héj szerkezetű mikrogél előállítása
Célkitűzés Vinil-alkohol Vinil-acetát hidrolízis
Klasszikus p(nipam) szintézis T = 80 C 1.0 BIS NIPAm 0.8 0.6 c (t ) / c 0 0.4 0.2 0.0 0 20 40 60 80 100 120 140 t / perc
Klasszikus p(nipam) szintézis T = 80 C 15. perc 50, 55 illetve 60 C 1.0 0.8 0.6 50 C 55 C 60 C 0.4 0.2 c(t) / c 0 0.10 0.08 0.06 0.04 0.02 0.00 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 t / perc
Reaktor tervezése
p(nipam)-héj-p(vac) mikrogél részecskék előállítása 1.0 0.8 BIS NIPAm VAc c(t) / c 0 0.6 0.4 0.2 0.0 0 50 100 150 200 250 300 350 t / perc
Az előállított p(nipam)-héj-p(vac) mikrogél részecskék vizsgálata Dinamikus fényszóródás mérő berendezéssel: 300 p(nipam) mag p(nipam)-héj-p(vac) 250 200 d / nm 150 100 50 25 30 35 40 45 50 T / C
p(va) héj előállítása p(vac) lúgos hidrolízisével 4 : 30 C ph=12 17,5 óra 4 Hoare T., Pelton R.; Langmuir, 2004, 20, 2123-2133.
p(nipam)-héj-p(vac) lúgos hidrolízisének vizsgálata Konduktometriás titrálással 25.0 C 25 mm sósav nitrogén gázt bevezetve (CO 2 távoltartása miatt)
(A.U.) p(nipam)-héj-p(vac) lúgos hidrolízisének A mért titrálási görbék vizsgálata 1500 1400 1300 1200 1100 1000 5 perc 1 óra 2 óra 4 óra 8 óra 17 óra 30 perc 900 800 700 600 500 400 300 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 V 25 mm HCl-oldat / cm 3
[CH 3 COOH] / mm p(nipam)-héj-p(vac) lúgos hidrolízisének vizsgálata Az ecetsav koncentrációjának időbeli változása a hidrolízis során: 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 t / h
Az előállított p(nipam)-héj-p(va) mikrogél részecskék vizsgálata p(nipam)-héj-p(vac) és a p(nipam)-héj-p(va) részecskék mérete az idő függvényében (T =40 C és ph=2) 400 350 p(nipam)-héj-p(vac) p(nipam)-héj-p(va) 300 d / nm 250 200 150 100 50 0 20 40 60 80 100 t / perc
Az előállított p(nipam)-héj-p(va) mikrogél részecskék vizsgálata T=25 C és ph=7 T=40 C és ph=7 T=40 C és ph=2 p(vac) 40 C ph=2 p(va)
d / nm Az előállított p(nipam)-héj-p(va) mikrogél részecskék vizsgálata p(nipam)-héj-p(va) mikrogél részecskék méretének hőmérsékletfüggése különböző ph értékeken 350 300 p(nipam) mag p(nipam)-héj-p(va) ph=7 p(nipam)-héj-p(va) ph=2 250 200 150 100 50 25 30 35 40 45 50 T / C
Összefoglalás, további célok Sikeresen előállítottam p(nipam)-héj-p(vac) mikrogél részecskéket egylépéses szintézissel A p(vac) héj lúgos hidrolízisével sikeresen előállítottam a sztérikusan stabilizált p(nipam)-héj-p(va) mikrogél részecskéket A p(va) hidroxilcsoportjainak funkcionalizálása széleskörű felhasználást tesz lehetővé
Köszönetnyilvánítás Dr. Varga Imre, egyetemi docens, témavezető Kardos Attila, PhD hallgató Sebestény Kriszta, technikus
Köszönöm a figyelmet!
Felhasználás Glutárdialdehiddel keresztköthető + 2 H 2 O
Oxigénmentesítő berendezés felépítése
Az RP-HPLC vizsgálat során nyert kromatogramok
A fényszóródás mérő berendezés elvi vázlata Stokes-Einstein tétel: D = kt 3πηd h