Tạp chí phân tích Hóa, Lý Sinh học – Tập 22/ sô (đặc biệt)/ 2017 NGHIÊN CỨU ĐỘNG HỌC VÀ TÍNH CHẤT TRƯƠNG NỞ CỦA COPOLYME n-ISOPROPYLACRYLAMID VÀ ACID MALEIC Đến tịa soạn 15/12/2016 Hồng Thị Phương, Trần Vũ Thắng, Nguyễn Văn Khơi, Trịnh Đức Cơng Viện Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Phan Minh Tân Khoa Cơng nghệ Hóa học,Trường Đại học Cơng nghiệp Việt Trì SUMMARY STUDY ON KINETICS AND SWELLING BEHAVIORS OF THE (nISOPROPYLACRYLAMIDE-co-MALEIC ACID) COPOLYMERIC HYDROGELS Copolymers of N-isopropylacrylamide (NIPAM) and maleic acid (MA) were synthesised by free radical polymerization in water using N,N’-methylene bis – acrylamide (MBA) as crosslinker, using N’-tetrametyletylendiamin (TEMED)/amoni persunfat (APS) ([TEMED]/[APS]=1) as a system initiator The reactivity ratios of the monomers were computed by Kelen-Tudos method at lower conversion Hydrogels swelling/deswelling properties in water were investigated The reactivity ratios obtained rNIPAM 0,45 and rMA 0.08 showed richer content of NIPAM than MA in the copolymer In addition, swelling equilibrium ratio increased by enhancing the MA content Keywords: N-isopropylacrylamide (NIPAAm), maleic acid, thermoresponsive hydrogels MỞ ĐẦU Polyme chức hay gọi polyme thông minh ngày thu hút nhiều quan tâm nhà khoa học thời gian gần Các vật liệu có khả đáp ứng với kích thích bên ngồi nhiệt độ (polyme nhạy nhiệt), pH (polyme nhạy pH), kích thích hóa học sinh học Cơ chế polyme thơng minh giải thích cách đơn giản thay đổi cấu dạng mạch polyme theo 94 thay đổi môi trường ngồi gây tính chất thú vị có giá trị ứng dụng thực tế Một ứng dụng có giá trị vật liệu polyme thơng minh lĩnh vực y sinh [1-2] N-isopropylacrylamid (NIPAM) loại polyme nghiên cứu ứng dụng phổ biến lĩnh vực vật liệu y sinh có giá trị nhiệt độ hòa tan giới hạn (LCST) khoảng 32 oC, gần với nhiệt độ thể người Tuy nhiên nhiều lĩnh vực ứng dụng lại đòi hỏi điểm LCST cao thấp Đối với ứng dụng làm hệ dẫn thuốc điểm LCST đòi hỏi cao điểm LCST NIPAM [3-4] Acid maleic (MA) monome ưa nước, có khả sử dụng kết hợp với NIPAM nhằm tăng điểm LCST NIPAM Do vậy, báo này, nhóm tác giả tiến hành nghiên cứu động học trình đồng trùng hợp NIPAM MA có mặt hệ chất khơi mào ngâm bể điều nhiệt Kết thúc phản ứng hỗn hợp phản ứng kết tủa nhiều lần dietyl ete làm khô chân khơng tới khối lượng khơng đổi, sau bảo quản bình hút ẩm TEDEM/APS chất tạo lưới MBA Ngồi ra, q trình trương nhả trương hydrogel NIPAM-co-MA nước mẫu có chứa hàm lượng MA khác pH khác nghiên cứu THỰC NGHIỆM khơi mào = 70, tỷ lệ [TEMED]/[APS] = 1, nồng độ chất tạo lưới [MBA] = 1,2% Q trình tiến hành thí nghiệm tách sản phẩm hydrogel thực mục 2.2 2.1 Nguyên liệu hóa chất N-isopropylacrylamid (Aldrich), độ tinh khiết ≥ 99%, acid maleic (Merck, Đức) độ tinh khiết ≥ 99% N,N’tetrametyletylendiamin (Aldrich) độ tinh khiết ≥ 99%, amoni persunfat (hãng Merck) độ tinh khiết ≥ 99%, dietyl ete (Merck, Đức), N,N'- metylenbisacrylamid (MBA) (Merck, Đức) 2.3 Tổng hợp Hydrogel (NIPAM-coMA) Hydrogel (NIPAM-co-MA) tổng hợp với điều kiện: nồng độ monome 0,7 M, nhiệt độ 20 oC, tỷ lệ monome/chất 2.4 Phương pháp đánh giá Xác định thành phần copolyme số đồng trùng hợp: Thành phần copolyme xác định phương pháp phân tích nguyên tố Hằng số đồng trùng hợp 2.2 Tổng hợp copolyme Quá trình tổng hợp copolyme (NIPAM- xác định phương pháp KelenTudos [5] Quá tình trương hydrogel: Mức độ trương mẫy hydrogel xác định phương pháp trọng lượng Các mẫu gel ngâm nước cất 24 nhiệt độ định khối lượng gel ghi lại co-MA): thực ống thủy tinh hình trụ có đường kính 15mm khoảng thời gian sau thấm dư bề mặt giấy lọc Mức độ Monome, hệ chất khơi mào ([TEMED]/[APS] = 1) cho vào ống nghiệm với nước cất Thể tích dung dịch ống nghiệm cố định 25ml Sau sục khí N2 15 phút, ống thủy tinh nút kín hỗn hợp đưa đến nhiệt độ phản ứng cách trương (SW) xác định sau: SW=Ws/Wd (g/g) Trong đó: Ws Wd: khối lượng gel sau trương cân nước cất khối lượng gel sau làm khơ chân khơng 95 Q trình nhả trương hydrogel: trình nhả trương, mẫu gel để trương cân nước cất nhiệt độ 20 oC sau gel trương chuyển vào nước cất 50 oC để đảm bảo nhiệt độ cao nhiệt độ LCST hydrogel trình thay đổi mức độ trương xảy rõ ràng Tại thời điểm định, khối lượng gel ghi lại sau thấm dư bề mặt giấy lọc Q WC 100 (%) Ws Trong đó: Wc khối lượng gel thời điểm khác KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Động học trình đồng trùng hợp NIPAM MA Tỷ lệ thành phần hỗn hợp monome thành phần copolyme sản phẩm trình bày Bảng Khả giữ nước (Q) tính theo % xác định sau: Bảng Thành phần NIPAM MA hỗn hợp đầu vào copolyme Thành phần nguyên tố copolyme (%) Tính tốn lý thuyết theo tỷ lệ nạp Kết Mẫu vào Phân tích nguyên tố Ban đầu Copolyme* C H N C H N M1 71/29 67/33 57,1 7,9 8,7 56,2 7,6 8,2 M2 67/33 65/35 56,2 7,6 8,2 55,8 7,5 8,0 M3 62/38 63/37 55,1 7,3 7,6 55,2 7,3 7,7 M4 51/49 58/42 52,6 6,6 6,2 54,1 7,0 7,1 M5 33/67 51/49 48,7 5,5 4,1 52,6 6,6 6,2 M6 14/86 42/58 44,4 4,3 1,7 50,7 6,1 5,1 * Thành phần NIPAM copolyme tính sở kết phân tích nguyên tố (Nhiệt độ tổng hợp 20 0C, [NIPAM + MA]=0,7M; tỷ lệ [M]/[I] = 70; tỷ lệ [TEMED]/[APS] = 1, độ chuyển hóa