0111 tổng hợp vật liệu polyme dạng hydrogel nhạy nhiệt luận văn tốt nghiệp

BỘGIÁODỤCVÀ ĐÀOTẠO VIỆNHÀNLÂMKHOAHỌCVÀCƠNGNGHỆVIỆTNAM VIỆN HỐHỌC ` HỒNGDƢƠNGTHANH TỔNG HỢP VẬT LIỆU POLYME DẠNGHYDROGELNHẠYNHIỆT LUẬNÁNTIẾNSĨHỐHỌC Chunngành: HóaHữucơ BỘGIÁODỤCVÀ ĐÀOTẠO VIỆNHÀNLÂMKHOAHỌCVÀCƠNGNGHỆVIỆTNAM VIỆN HỐHỌC HỒNGDƢƠNGTHANH TỔNG HỢP VẬT LIỆU POLYME DẠNGHYDROGELNHẠYNHIỆT HÀNỘI -2014 Chunngành: HốhữucơMãsố: 62.44.01.14 LUẬNÁNTIẾNSĨHỐHỌC Chunngành: HóaHữucơ NGƯỜIHƯỚNGDẪNKHOAHỌC: GS.TS.NguyễnVănKhơi PGS.TS.TrầnThịNhưMai HÀNỘI -2014 LỜI CAMĐOAN Tôixincam đoannhữ ng kếtq uả thực ng hi ệm đượct r ì nh bà y trongluận nnàylàtrungthực,dotơivàcáccộngsựthựchiện.Cáckếtquảnêutrongluậnán nhóm nghiên cứu thực chưa cơng bố cơng trìnhnào nhómnghiêncứukhác TÁCGIẢ HồngDươngThanh củacác LỜICẢMƠN Tơi xin chân thành cảm ơn GS.TS Nguyễn Văn Khôi PGS.TS Trần ThịNhư Mai hướng dẫn, giúp đỡ tận tình bảo, động viên thực hiệnthành côngluậnántiếnsỹnày Xin cảm ơn chân thành Lãnh đạo Viện Hố học, Viện KH&CN Việt Nam vàPhịng Quản lý tổng hợp hết lòng ủng hộ, giúp đỡ suốt thời gianthựchiệnluậnánnày Xin cảm ơn bạn đồng nghiệp Phịng Vật liệu Polyme - Viện Hố học,Khoa Hoá học - Đại học KHTN động viên, chia sẻ khó khăn tơihồnthành nhữngphần việc củacơngtrình khoa họcnày Cuối cùng, gửi lời cảm ơn chân thành tình cảm q giá, động viênkhích lệ người thân bạn bè ln mong muốn tơi hồn thành sớm bảnluận án MỤCLỤC DANHMỤC CÁCKÝHIỆU,CÁCTỪVIẾTTẮT .i DANHMỤCCÁCBẢNGTRONGLUẬNÁN iii DANHMỤCCÁCHÌNHTRONGLUẬNÁN .v MỞĐẦU .1 I TỔNGQUAN 1.1 Giớithiệuvềhydrogel 1.1.1 Địnhnghĩahydrogel .3 1.1.2 Phânloạihydrogel 1.1.3 Tínhchấtcủahydrogel 1.1.4 Cấutrúc mạng lưới .8 1.2 Giớithiệu vềpolymenhạynhiệt 12 1.2.1 Nhiệtđộdungdịchtớihạn(CST) vàđiểmchuyểnđổithểtíchpha.121.2.2.Nhiệtđộng họcdungdịchpolyme 18 1.2.3 HydrogelnhạynhiệtvànhạypH 21 1.2.3.1Phân loạihydrogelnhạynhiệt 21 1.2.3.2 Biếnđổithểtíchcủahydrogelnhạynhiệt 23 1.2.3.3 Ứngdụngcủacáchydrogelnhạynhiệt 26 1.3 Ứngdụngcủahydrogelvàmộtsốhydrogelứngđápmôitrườngkhác .28 1.3.1 Trongnôngnghiệp 28 1.3.2 Trong ytế 29 1.3.3 Cáchydrogelứngđápmôitrườngkhác 30 1.3.3.1 CáchydrogelnhạypH 30 1.3.3.2 Hệ nhạynhiệt-pH 32 1.3.3.3 Hydrogelnhạycảmđiện 33 1.3.3.4 Hydrogelnhạycảmánhsáng 34 1.3.3.5 Hydrogelnhạycảmenzym 34 1.3.3.6 Hydrogelnhạycảmđường 35 1.3.3.7 Hydrogelnhạycảmápsuất 36 1.3.3.8 Hydrogelnhạynhiệtkép .37 1.4 Tổnghợphydrogel 38 1.4.1 Nguyêntắcchung .38 1.4.2 TổnghợpPolyNIPAMvàcácbiếntínhhydrogelPNIPAMnhạy cảmmôitrường 42 1.4.2.1 Cácphươngpháptrùng hợp 42 1.4.2.2Mộtsốyếu tốảnhhưởng chủyếu lên quátrình trùnghợp gốc 43 1.4.2.3.Tổnghợp vàbiếntínhhydrogeltrêncơsởPNIPAM 44 II THỰCNGHIỆM 46 2.1 Nguyênliệu,hoáchất,dụng cụ,thiết bị nghiên cứu .46 2.1.1 Nguyênliệu,hoáchất 46 2.1.2 Dụngcụ,thiếtbịnghiêncứu 47 2.2 Phươngpháp thựcnghiệmvànộidungnghiêncứu .48 2.2.1 Phươngphápthựcnghiệm 48 2.2.1.1 Tổnghợp cácpolyme,copolymevàhydrogel 48 2.2.1.2 Xácđịnhthànhphầncopolyme .49 2.2.1.3 Phươngphápxácđịnhhằngsốđồngtrùnghợp 50 2.2.1.4 Quátrình trương củacáchydrogel 52 2.2.1.5 Quátrình nhảtrương củacáchydrogel 52 2.2.1.6 Quátrìnhthuậnnghịchnhiệt 52 2.2.1.7 Quátrình nhạypH 53 2.2.1.8 Quátrình thuậnnghịchpH .53 2.2.1.9 Ảnhhưởngcủanồngđộchấtđiệnliđếnmứcđộtrươngsảnphẩm .53 2.2.1.10 Xácđịnhkhảnăngkích ứngdacủahydrogel 53 2.2.1.11 Xácđịnhgiá trị LCST 53 2.2.1.12 Chuẩnbịmẫuhydrogelmangthuốcparacetamol 54 2.2.1.13 Xácđịnhhàmlượngparacetamol 54 2.2.1.14 Xác định khối lượng phân tử trung bình độ đa phân tán củapolyme .54 2.2.1.15 Xácđịnhđộbền cơhọccủahydrogel 54 2.2.1.16 Xácđịnhđộchuyển hóa 55 2.2.1.17 Xácđịnhphần gelcủasảnphẩm 57 2.2.2 Nộidungnghiên cứu 57 2.2.2.1 Tổng hợp nghiên cứu tính chất hydrogel nhạy nhiệtPNIPAM 57 2.2.2.2 Tổnghợpvànghiêncứutínhchấtcủahydrogel(NIPAM-co-AM) 59 2.2.2.3 Tổng hợp nghiên cứu tính chất hydrogel (NIPAM-coHEMA) 59 2.2.2.4 Tổnghợpvànghiêncứutínhchấtcủahydrogel(NIPAM-co-MA) 60 2.2.2.5 Tổng hợp nghiên cứu tính chất hydrogel terpolyme(NIPAM-HEMA-AM) 61 2.2.2.6 Nghiêncứuquátrìnhmangvànhảthuốccủah y d r o g e l 62 III KẾTQUẢVÀTHẢO LUẬN .63 3.1 Tổnghợpvànghiêncứu tínhchấtcủahydrogelnhạynhiệtPNIPAM .63 3.1.1 NghiêncứuqtrìnhtrùnghợpNIPAM 63 3.1.1.1 ẢnhhưởngcủahệkhơimàotớiquátrìnhtrùnghợpNIPAM .63 3.1.1.2 Ảnhhưởng củanhiệtđộ đếnquátrình trùnghợp NIPAM 64 3.1.1.3 ẢnhhưởngcủanồngđộmonomeđếnquátrìnhtrùnghợpNIPAM 65 3.1.1.4 Ảnhhưởngcủakhốilượng phântửPNIPAMđếnnhiệtđộ LCST .66 3.1.1.5 Ảnhhưởng củanồngđộPNIPAMđếnnhiệtđộLCST 67 3.1.1.6 Phổhồng ngoạicủaPNIPAM .68 3.1.2 Tổnghợpvànghiêncứutính chấtcủahydrogel NIPAM 69 3.1.2.1 Ảnh hưởng hàm lượng chất tạo lưới đến tính chất củahydrogelNIPAM 69 3.1.2.2 Ảnh hưởng nồng độ chất điện ly đến khả trương củahydrogelNIPAM 72 3.1.2.3 Đánhgiáđặctínhthuận nghịchnhiệt củahydrogel NIPAM .73 3.1.2.4 Hìnhtháihọcbềmặt 74 3.2 Tổnghợpmột sốhydrogelnhạynhiệttrêncơsởbiến tínhNIPAM 77 3.2.1 Tổnghợpvànghiên cứutính chất củahydrogel (NIPAM-co-AM) 77 3.2.1.1 Quátrình đồngtrùnghợpNIPAMvàAM .77 3.2.1.2 Phổhồng ngoạivàDSC 78 3.2.1.3 Ảnh hưởng hàm lượng AM nhiệt độ LCST copolyme(NIPAM-AM) 80 3.2.1.4 ẢnhhưởngcủahàmlượngAMđếntínhchấttrươngcủacopolyme(NIP AM-AM) 81 3.2.1.5 ẢnhhưởngcủahàmlượngAMtớiquátrìnhtrươngvànhảtrương củahydrogel (NIPAM-co-AM) 81 3.2.1.6 Ảnh hưởng hàm lượng AMtới mức độ trương cáchydrogel (NIPAM-co-AM)tại cácpHkhácnhau 83 3.2.1.7 Đánhgiáđặctínhthuậnnghịchnhiệt .84 3.2.1.8 Hìnhtháihọcbề mặtvàđộbền cơhọccủahydrogel(NIPAMco-AM) 85 3.2.2 Tổnghợpvànghiên cứutínhchất củahydrogel (NIPAM-coHEMA) .87 3.2.2.1 ĐộnghọcquátrìnhđồngtrùnghợpNIPAMvàHEMA .87 3.2.2.2 Phổ hồng ngoại giản đồ DSC chứng minh tồn sảnphẩm 89 3.2.2.3 Ảnh hưởng hàm lượng HEMA đến nhiệt độ LCST củacopolyme(NIPAM-HEMA) .90 3.2.2.4 Qtrìnhtrương/nhảtrươngcủacáccopolyme(NIPAM-HEMA)91 3.2.2.5 Đánhgiáđặctínhthuận nghịchnhiệtvàảnh SEMcủa copolyme(NIPAM-HEMA) .92 3.2.2.6 Tínhchấtcơlýcủacácmẫu hydrogel 93 3.2.3 Tổnghợpvànghiên cứutính chất củahydrogel (NIPAM-co-MA) 95 3.2.3.1 Độnghọcquátrìnhđồngtrùng hợpNIPAMvàMA 95 3.2.3.2 Phổhồngngoại .96 3.2.3.3 Ảnh hưởng củahàmlượng MAđến nhiệtđộ LCSTcủa copolyme(NIPAM-MA) 97 3.2.3.4 Quátrìnhtrương/nhảtrươngcủahydrogel(NIPAM-co-MA) 98 3.2.3.5 Ảnhhưởng củahàmlượngMAđến mứcđộ trương hydrogel (NIPAM-co-MA)tại cácpHkhácnhau .100 3.2.3.6 Tínhthuậnnghịchnhiệtcủahydrogel(NIPAM-co-MA) 101 3.2.3.7 Hìnhtháihọcbềmặt vàđộbềncơhọccủahydrogel 101 3.2.4 Tổnghợpvànghiêncứutínhchấtcủahydrogelterpolyme (NIPAM-HEMA-MA) 104 3.2.4.1 Tổng hợp nghiên cứu tính chất terpolyme (NIPAMHEMA-MA) 104 3.2.4.2 Nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng MA đến tính chất nhạynhiệtcủaterpolyme(NIPAM-HEMA-MA) .105 3.2.4.3 Nghiêncứuquátrìnhtrươngvànhảtrươngcủahydrogel (NIPAM-co-HEMA-co-MA) 106 3.2.4.4 Ảnhhưởngcủađiềukiệnmôitrườngđếnđộtrươngcânbằng củahydrogel (NIPAM-co-HEMA-co-MA) .107 3.2.4.5 Đặc tính thuận nghịch nhiệt pH terpolyme (NIPAMHEMA-MA) 108 3.2.4.6 Tính chất học ảnh SEM terpolyme (NIPAM-HEMAMA) 109 3.3 Nghiêncứuqtrìnhnhảparacetamolvàđánhgiákhảnăngkíchứng dacủaterpolyme(NIPAM-HEMA-MA) 112 3.3.1 Qtrìnhnhảthuốc ở37oCvà40oCtrong mơi trường nước cất 113 3.3.2 Qtrìnhnhảthuốc ở37oCvà 40oCtrong mơi trườngkhácnhau 114 3.3.3 Đánhgiákhảnăng kích ứngda 116 KẾTLUẬNCHUNG 118 TÀILIỆUTHAMKHẢO .121 PHỤLỤC 134