Trộn hợp các polyme là một hướng rất có triển vọng để chế tạo các vật liệu polyme mới, kết hợp được nhiều tính chất tốt của các polyme thành phần, đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật, rẻ h
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LẠI THỊ THÚY CHẾ TẠO VẬT LIỆU HYDROGEL TRÊN CƠ SỞ POLYME TRỘN HỢP LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH HÓA HỌC Hà Nội, 2011 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057205303811000000 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LẠI THỊ THÚY CHẾ TẠO VẬT LIỆU HYDROGEL TRÊN CƠ SỞ POLYME TRỘN HỢP LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS TRỊNH XUÂN ANH Hà Nội, 2011 MỤC LỤC Trang phụ bìa Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thị Mở đầu CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN - 1.1 Giới thiệu chung vật liệu polyme 1.1.1 Khái niệm polyme 1.1.2 Trạng thái vật lý trạng thái pha 1.2 Giới thiệu vật liệu polyme trộn hợp (polyme blend) - 1.2.1 Nhiệt động học trình hòa tan polyme - 1.2.2 Giản đồ pha chuyển pha hỗn hợp polyme - 1.2.3 Các phương pháp phân tích sử dụng nghiên cứu polymer blen - 1.2.4 Các biện pháp tăng cường tương hợp polyme hỗn hợp (polyme trộn hợp) - 1.2.5 Các phương pháp chế tạo vật liệu polyme hỗn hợp 11 1.2.5.1 Chế tạo polyme hỗn hợp từ dung dịch polyme - 11 1.2.5.2 Chế tạo polyme hốn hợp trạng thái nóng chảy - 12 1.2.5.3 Phương pháp tạo mạng lưới polyme đan xen 12 CHƯƠNG TỔNG QUANG VỀ VẬT LIỆU HYDROGELS 2.1 Vật liệu polyme hydrogel thông minh - 14 2.1.1 Giới thiệu polyme hydrogels - 14 2.1.2 Tính chất học polyme hydrogel 14 2.2 Polyme hydrogel thông minh 20 2.2.1 Polyme hydrogel thông minh nhay PH 21 2.2.2 Polyme hydrogel thông minh nhạy cảm nhiệt độ 24 2.3 Những ứng dụng polyme hydrogel thông minh - 25 2.3.1 Ứng dụng làm vật liệu chuyển tải phân phối thuốc 25 2.3.2 Ứng dụng làm Biosense 28 CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM 29 3.1 Nguyên liệu, dụng cụ, thiêt bị nghiên cứu - 29 3.1.1 Nguyên liệu - 29 3.1.1.1 PVA (polyvinyl alcohol) - 29 3.1.1.2 Chitosan 34 3.1.1.3 CMC (Carboxy methyl cellulose) - 37 3.1.2 Dụng cụ, thiết bị nghiên cứu - 39 3.2 Phương pháp thực nghiệm để tổng hợp hydrogel PVA – CM chitosan hydrogel PVA – CMC 40 3.3 Chế tạo mẫu PVA – CMC 40 3.3.1 Tổng hợp dung dịch hỗn hợp PVA CMC - 40 3.3.2 Quy trình sản xuất polyme hydrogel PVA – CMC 40 3.4 Chế tạo mẫu PVA – chitosan 42 3.4.1 Tổng hợp dung dịch hỗn hợp PVA CMchitosan - 42 3.4.2 Quy trình sản xuất polyme hydrogel PVA – chitosan - 43 3.5 Chế tạo mẫu polyme hydrogel PVA – CMC PVA -chitosan 44 3.5.1 Chế tạo màng polymer hydrogel dùng cho việc phân tích (IR, SEM): 45 3.5.2 Chế tạo polymer hydrogel dùng cho khảo sát độ nhạy pH 45 3.6 Khảo sát độ trương nở hydrogel tổng hợp PVA – CMC PVA – chitosan 45 3.6.1 Hóa chấ t d ụ ng c ụ 45 3.6.2 Điề u chế dung d ịch PH h ỗ n hợp - 45 3.6.3 Cách tiế n hành đo 49 3.7 Các phương pháp hóa lý 49 3.7.1 P hương pháp phổ hồ ng ngo i - 49 3.7.2 Phương pháp hiển vi điệ n t quét (SEM) - 50 CHƯƠNG : K Ế T QỦ A VÀ TH ẢO LU Ậ N 4.1 Phân tích phổ IR 53 4.1.1 Phổ hấp thụ IR PVA/CMC 53 4.2 Phân tích bề mặt 55 4.2.1 Ảnh SEM mẫu PVA/CMC 55 4.2.2 Ảnh SEM mẫu PVA/chitosan - 57 4.3 Phân tích khả trương nở polyme trộn hợp PVA – CMC PVA - chitosan 58 4.3.1 Trương nở PVA – CMC - 59 4.3.2 Độ trương nở PVA – Chitosan - 59 4.4 Khảo sát biến dạng theo thời gian hydrogel PVA – CMC hydrogel PVA – chitosan 60 4.4.1 Khảo sát biến dạng theo thời gian KẾT LUẬN CHUNG KIẾN NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 BẢNG DANH MỤC CÁC BẢNG TRANG 2.1 Những yếu tố mơi trường tác động biến đổi 21 hydrogels 3.1 Thành phần chất dung dich hỗn hợp (PVA - 40 CMC) 3.2 Thành phần chất dung d ịch hỗn hợp (PVA - 43 Chitosan) 3.3 Thành phần điều chế dung dịch pH khác 48 4.1 Biến dạng PVA - chitosan theo thời gian 61 4.2 Biến dạng PVA - CMC theo thời gian 62 MỞ ĐẦU Một thành tựu quan trọng khoa học công nghệ vật liệu vài chục năm trở lại nghiên cứu, chế tạo ứng dụng có kết vật liệu polyme trộn hợp Vật liệu đã, có mặt hầu hết lĩnh vực đời sống xã hội với ưu trội Trộn hợp polyme hướng có triển vọng để chế tạo vật liệu polyme mới, kết hợp nhiều tính chất tốt polyme thành phần, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật, rẻ tốn thời gian so với trùng hợp hay đồng trùng hợp monome chế tạo copolyme khối, copolyme ghép copolyme thống kê từ monome thông dụng Có thể điều chỉnh dải rộng tính chất vật liệu nhờ thay đổi tỷ lệ polyme thành phần điều kiện chế tạo để thu vật liệu polyme có tính chất mong muốn Tuy nhiên, khác cấu tạo, cấu trúc, độ phân cực, trọng lượng phân tử, nhiệt độ chảy mềm, số chảy, độ nhớt chảy tương đối, khả hịa tan dung mơi, nên trộn hợp hầu hết polyme khơng có khả hòa trộn tương hợp với tạo thành Thệ có cấu trúc nhiều pha Làm để đánh giá polyme có khả hịa trộn, tương hợp hồn tồn, tương hợp phần hay khơng tương hợp? Với mong muốn góp phần giải vấn đề thực tế đặt ra, đề tài “Chế tạo vật liệu hydrogel sở polyme trộn hợp” nghiên cứu sở lý thuyết chế tạo vật liệu polyme hydrogel có khả hấp thụ nước, khả trương nở cao môi trường Axit Bazo Vật liệu hydrogel có tính chất giống Polyme hydrogel thông minh áp dụng y học Với mục tiêu đó, nhiệm vụ nghiên cứu mà luận án phải thực là: - Nghiên cứu quy trình phù hợp tạo polyme trộn hợp PVA - CMC vật liệu hydrogel PVA - chitosan - Nghiên cứu tỷ lệ phù hợp vật liệu hydrogel PVA - CMC vật liệu hydrogel PVA - chitosan - Khả trương nở PVA - CMC môi trường có độ PH khác - Khả trương nở PVA - chitosan mơi trương có độ PH khác - Khả tương hợp vật liệu hydrogel PVA - CMC vật liệu hydrogel PVA - Chitosan qua phân tích IR phân tích SEM - Chế tạo vật liệu hydrogel sở polyme thành phần PVA, CMC, chitosan Với thời gian nghiên cứu có hạn, luận văn khơng tránh khỏi sai sót, kính mong nhận bảo thầy đóng góp đồng nghiệp để luận văn hoàn thiện CHƯƠNG NHỮNG ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA POLYME 1.1 Giới thiệu chung vật liệu polyme 1.1.1 Khái niệm polyme Polyme mạch cao phân tử bao gồm chuỗi giống hệt monomer (còn gọi mắt xích) gắn với nhờ liên kết cộng hóa trị Các phân tử có cấu trúc tương tự có khối lượng thấp gọi oligome Polyme hình thành tự nhiên từ ngày đầu hình thành trái đất Chẳng hạn Xenlulozơ thành phần chủ yếu tế bào thực vật protit - thành phần chủ yếu tế bào sống hợp chất quan trọng đời sống hàng ngày 1.1.2 Trạng thái vật lý cấu trúc pha a Trạng thái vật lý Vật chất tồn trạng thái vật lý: rắn, lỏng khí Các trạng thái này’ khác đặc trưng chuyển động mật độ phân tử nguyên tử Trạng thái khí: trạng thái này, lượng chuyển động nhiệt phân tử lớn nhiều so với lượng tác dụng tương hỗ chúng Do đặc trưng trạng thái chuyển động hỗn loạn phân tử (bao gồm chuyển động tịnh tiến, chuyển động quay chuyển động dao động), mật độ phân tử bé, khơng có hình dạng riêng dễ thay đổi thể tích nhiệt độ thay đổi Trạng thái lỏng: Là trạng thái trung gian trạng thái khí trạng thái rắn Ở trạng thái lực hút tương hỗ phân tử xấp xỉ kích thước phân tử Do chất lỏng có hình dạng riêng (dạng cầu không chịu tác dụng lực )nhưng tác dụng ngoại lực dễ dàng thây đổi hình dạng (do phân tử ln ln chuyển động vị trí cân ln ln thay đổi) Thể tích dường khơng đổi tác dụng ngoại lực Trạng thái rắn: trạng thái mà mật độ phân tử cao (khoảng cách phân tử bé) Các phân tử khơng thay đổi vị trí chuyển động quay có dao động xung quanh vị trí cân bằng, phân tử bé nên khó thay đổi hình dạng Sự khác biệt độ linh động phân tử dẫn đến khác chế khuếch tán Đối với trạng thái lỏng trạng thái khí khuyết tán xảy thay đổi vị trí phân tử (khi phân tử đến vị trí vị trí cũ thay phân tử khác) Đối với trạng thái rắn khuếch tán xảy chủ yếu chuyển động (khuếch tán) nguyên tử đến vị trí trống bên cạnh Những vị trí trống ln ln tồn vật thể sai sót cấu trúc mạng lưới tinh thể Chính chế khác nên khuếch tán chất rắn xảy chậm chất lỏng chất khí b Cấu trúc pha Có hai quan điểm pha: Quan điểm nhiệt động học: pha phần thống hệ thống tách riêng với phần khác nhờ bề mặt phân chia chúng khác tính chất nhiệt động Một pha phải tích riêng ứng với điều kiện áp suất, nhiệt độ tính chất nhiệt độ động khác Theo quan điểm cấu tạo pha khác cách sếp phân tử Phụ thuộc vào cách xếp mà có hai trạng thái pha: pha tinh thể pha vơ định hình: Pha tinh thể: đặc trưng xếp theo trật tự xa ba hướng phân tử nguyên tử Pha vơ định hình có tồn trật tự gần (trật tự gần trật tự có khoảng cách xấp xỉ kích thước phân tử) Các phân tử gần phân tử xác định có trật tự xác định khoảng cách xa trật tự khơng tồn Pha tinh thể phần lớn tồn trạng thái tập hợp rắn (trừ tinh thể lỏng), cịn pha vơ định hình ba trạng thái rắn, lỏng, khí