Tổng hợp vật liệu polyme dạng hydrogel nhạy nhiệt (tóm tắt)

Những điểm mới của luận án Nghiên cứu tổng hợp hydrogel nhạy nhiệt trên cơ sở biến tính NIPAM với AM, HEMA và AM nhằm nghiên cứu các hệ hydrogel có đặc tính nhạy nhiệt, pH khác nhau đồn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

VIỆN HOÁ HỌC

HOÀNG DƯƠNG THANH

TỔNG HỢP VẬT LIỆU POLYME DẠNG

HYDROGEL NHẠY NHIỆT

Chuyên ngành: Hoá hữu cơ

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HOÁ HỌC

Chuyên ngành: Hóa Hữu cơ

Công trình được hoàn thành tại:

Phòng vật liệu Polyme

Viện Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1 GS.TS Nguyễn Văn Khôi

2 PGS.TS Trần Thị Nhƣ Mai

Phản biện 1: GS.TSKH Nguyễn Việt Bắc

Phản biện 2: GS TS Bùi Chương

Phản biện 3: PGS TS Nguyễn Thị Bích Thủy

Luận án sẽ được bảo vệ tại hội đồng chấm luận án cấp Nhà nước tại Viện Hóa học Vào hồi…….giờ…….ngày…….tháng……năm 2014

Có thể tìm hiểu luận án tại:

- Thư viện Quốc gia hà Nội

- Viện Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

A GIỚI THIỆU LUẬN ÁN

1 Tính cấp thiết, ý nghĩa khoa học của luận án

Polyme chức năng hay polyme "thông minh" là một hướng quan trọng trong ngành vật liệu cao phân tử thời gian gần đây Các loại vật liệu polyme đặc biệt này thu hút được mối quan tâm nghiên cứu của nhiều nhà khoa học bởi chúng có khả năng ứng đáp với các kích thích bên ngoài như

pH, nhiệt độ, lực ion, điện và từ trường, các kích thích hoá học và sinh học … Các vật liệu polyme nhóm này còn thể hiện khả năng ứng đáp đồng thời với nhiều kích thích từ môi trường ngoài Ngày càng có nhiều ứng dụng của vật liệu polyme thông minh trong các lĩnh vực như cảm biến sinh học, vận chuyển thuốc, chuyển gen và công nghệ tế bào

Cơ chế của polyme thông minh được giải thích một cách đơn giản là sự thay đổi trạng thái của các mạch trong polyme theo những thay đổi của môi trường ngoài gây ra những tính chất thú vị

có giá trị ứng dụng trong thực tế Một trong những ứng dụng có giá trị nhất của các polyme thông minh hiện nay là sử dụng trong ngành công nghiệp dược phẩm như một tác nhân duy trì hoạt tính đối với các loại thuốc điều trị là những phân tử sinh học như polypeptit, protein hay enzim Các polypeptit, protein hay enzim chỉ có thể được cơ thể tiếp nhận theo những cách hạn chế bởi chúng

có thể bị phân huỷ hay mất tác dụng khi đi qua những môi trường bất lợi trong cơ thể dẫn đến giảm hiệu quả chữa bệnh Việc phát triển các chất mang thuốc có khả năng kết nang, cố định thuốc, giải phóng thuốc theo điều kiện môi trường … cho phép thuốc được vận chuyển đến đúng vị trí mong muốn trong cơ thể một cách an toàn, đúng thời điểm cần thiết và đúng liều quy định mà trước đây chưa thể thực hiện được

Một nhóm sản phẩm điển hình của các polyme thông minh đã và đang được nghiên cứu, ứng dụng mạnh mẽ thời gian gần đây là các hydrogel Hydrogel là polyme với cấu trúc mạng lưới 3 chiều có khả năng hấp thu một lượng nước cũng như chất lỏng sinh học lớn gấp nhiều lần khối lượng của chính nó và trương trong các môi trường này mà vẫn duy trì được cấu trúc ban đầu Hydrogel cũng có khả năng ứng đáp với nhiều kích thích vật lý, hoá học khác nhau, đặc biệt là khả năng ứng đáp theo nhiệt độ môi trường, nên nó trở thành vật liệu tiềm năng để phát triển các chất mang trong công nghệ tế bào, các hệ vận chuyển thuốc tự điều chỉnh, các thiết bị cấy ghép trong đó

đứng ở vị trí hàng đầu trong nghiên cứu là các hệ vận chuyển thuốc trên cơ sở hydrogel

2 Mục tiêu của luận án

-Tổng hợp và nghiên cứu tính chất của hydrogel nhạy nhiệt PNIPAM: Nghiên cứu quá trình trùng hợp NIPAM, tổng hợp và nghiên cứu tính chất của hydrogel PNIPAM

- Tổng hợp và nghiên cứu một số hydrogel nhạy nhiệt trên cơ sở biến tính NIPAM: hydrogel NIPAM-co-AM, NIPAM-co-HEMA, NIPAM-co-MA và NIPAM-co-HEMA-co-AM

3 Những điểm mới của luận án

Nghiên cứu tổng hợp hydrogel nhạy nhiệt trên cơ sở biến tính NIPAM với AM, HEMA và

AM nhằm nghiên cứu các hệ hydrogel có đặc tính nhạy nhiệt, pH khác nhau đồng thời tìm kiếm một

hệ hydrogel nhạy nhiệt kép có khả năng giữ và nhả dược chất có khả năng ứng dụng

4 Cấu trúc của luận án

Luận án gồm các phần chính sau:

- Đặt vẫn đề : 2 trang - Phần kết quả tháo luận: 55 trang

- Phần tổng quan: 43 trang - kết luận: 2 trang

- Phần thực nghiệm: 13 trang

B NỘI DUNG LUẬN ÁN

CHƯƠNG I – TỔNG QUAN

CHƯƠNG II – THỰC NGHIỆM

2.1 Nguyên liệu, hóa chất, thiết bị nghiên cứu

- Nguyên liệu hóa chất:

Các monome tinh khiết NIPAM, AM, HEMA và MA

Paracetamol tinh khiết được cung cấp bởi Phòng Hoá lý 2, Viện Kiểm nghiệm thuốc Trung ương, độ tinh khiết đạt 99,5%

- Thiết bị sử dụng:

Tủ sấy chân không 101-1A (Đức)

Quang phổ kế hồng ngoại biến đổi Fourier FTIR IMPACT Nicolet 401

Thiết bị phân tích nguyên tố Perkin Elmer Instruments

Thiết bị UV- 2450 Shimadzu

Hệ thiết bị phân tích nhiệt Shimadzu - Nhật Bản

Kính hiển vi điện tử quét SEM FESEM Hitachi S4800 (Singapore

Thiết bị đông khô chân không Christ Beta 1-8 LD plus

Thiết bị sắc ký gel thấm (GPC) Shimadzu Class-VP V6.14 SP1

Thiết bị thử nghiệm đa năng LLOYD LR5K (Anh)

pH meter (Đức)

2.2 Phương pháp thực nghiệm

- Tổng hợp các polyme, copolyme và hydrogel

Các quá trình trùng hợp, đồng trùng hợp để tổng hợp polyme, copolyme và hydrogel đều được thực hiện trong ống thuỷ tinh hình trụ có được kính trong 15mm Monome, chất khơi mào, chất tạo lưới (khâu mạch) được đưa vào ống nghiệm cùng với nước cất Thể tích dung dịch trong ống nghiệm cố định là 25ml Sau khi sục khí N2 trong 15 phút, ống thuỷ tinh được nút kín và hỗn hợp được đưa đến nhiệt độ phản ứng bằng cách ngâm trong bể điều nhiệt Kết thúc phản ứng, hỗn hợp sản phẩm được tinh chế bằng phương pháp kết tủa trong dung môi tương ứng cho từng loại sản phẩm

- Xác định thành phần copolyme bằng phương pháp phân tích nguyên tố

Hàm lượng đơn vị NIPAM trong các copolyme được tính theo công thức:

- Hằng số đồng trùng hợp của các monome được xác định theo phương pháp Kelen-Tudos

- Mức độ trương của các mẫu hydrogel được xác định bằng phương pháp trọng lượng

- Quá trình thuận nghịch nhiệt

Quá trình thuận nghịch nhiệt được xác định bằng cách các mẫu gel được để trương trong nước cất ở nhiệt độ 20oC sau đó gel trương được chuyển vào nước cất ở 50oC để thực hiện quá trình nhả trương Quá trình này được lặp lại nhiều lần để đánh giá khả năng thuận nghịch nhiệt của hydrogel

- Quá trình thuận nghịch pH

Quá trình thuận nghịch pH được xác định bằng cách: các mẫu gel được nhả trương trong môi trường có giá trị pH = 7 sau đó gel trương được chuyển vào môi trương có giá trị pH = 4 để thực hiện quá trình trương Quá trình này được lặp lại nhiều lần để đánh giá khả năng thuận nghịch pH của hydrogel

- Xác định khả năng kích ứng da của hydrogel

Khả năng kích ứng da của hydrogel được xác định theo tiêu chuẩn ISO 10993-10 thực hiện tại Viện kiểm nghiệm thuốc trung ương

- Chuẩn bị mẫu hydrogel mang thuốc paracetamol

Chuẩn bị dung dịch paracetamol bão hoà 5,012g/l Dùng pipet lấy chính xác 10ml dung dịch bão hoà trên vào cốc thuỷ tinh 25ml, đưa vào cốc mẫu hydrogel khô, gel được trương bão hoà trong 4 giờ ở 20oC Dung dịch còn lại sau khi lấy mẫu hydrogel ra được định mức lại đến 10ml và

đo UV-Vis nhằm xác định lượng thuốc còn lại trong dung dịch từ đó tính được hàm lượng thuốc được mang trong mẫu hydrogel

- Độ bền cơ học của hydrogel xác định theo tiêu chuẩn ASTM D638

- Độ chuyển hóa được xác định bằng phương pháp chuẩn độ nối đôi

2.3 Nội dung nghiên cứu

- Tổng hợp và nghiên cứu tính chất của hydrogel nhạy nhiệt PNIPAM

- Tổng hợp và nghiên cứu tính chất của hydrogel (NIPAM-co-AM)

- Tổng hợp và nghiên cứu tính chất của hydrogel (NIPAM-co-HEMA)

- Tổng hợp và nghiên cứu tính chất của hydrogel (NIPAM-co-MA)

- Tổng hợp và nghiên cứu tính chất của hydrogel terpolyme (NIPAM-HEMA-AM)

- Nghiên cứu quá trình mang và nhả thuốc của hydrogel

CHƯƠNG III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1 Tổng hợp và nghiên cứu tính chất của hydrogel nhạy nhiệt PNIPAM

3.1.1 Nghiên cứu quá trình trùng hợp NIPAM

- Ảnh hưởng của hệ khơi mào tới quá trình trùng hợp NIPAM

Trong nghiên cứu này, phản ứng được tiến hành ở nhiệt độ 60oC trong sự có mặt của chất khơi mào APS và ở 200C trong sự có mặt của hệ khơi mào oxi hóa khử APS/TEMED (tỷ lệ 1 :1)

Kết quả được trình bày trong bảng 3.1

Hệ xúc tác Thời gian kết thúc phản ứng 1

(phút)

Độ chuyển hóa

Chỉ số đa phân tán của khối lượng phân tử của polyme

APS là chất khơi mào nhiệt, để có thể khơi mào phản ứng trùng hợp, cần phải tiến hành phản ứng ở nhiệt độ tối thiểu là khoảng 60oC để phân huỷ APS tạo gốc tự do dẫn tới tốc độ chuyển hóa trong suốt quá trình diễn ra phản ứng đều cao hơn so với sử dụng hệ xúc tác oxi hóa khử, trong khi

đó đối với hệ khơi mào oxy hoá khử APS-TEMED, TEMED là chất xúc tiến giúp thực hiện phản ứng ở nhiệt độ rất thấp (thậm chí ở nhiệt độ <00

C) do vậy phản ứng sẽ diễn ra trong điều kiện êm dịu hơn, sản phẩm thu được có KLPT trung bình lớn, các đoạn mạch phân tử polyme có khối lượng phân tử đồng đều, tập trung hơn so với sử dụng xúc tác khơi mào bằng nhiệt (APS)

- Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình trùng hợp NIPAM

Kết quả cho thấy khi tăng nhiệt độ phản ứng từ 5 đến 300C, thì thời gian kết thúc phản ứng giảm dần, ngược lại chỉ số PDI lại tăng dần Bên cạnh đó KLPT của sản phẩm tăng dần trong khoảng nhiệt độ từ 5 - 20oC sau đó giảm dần khi tiếp tục tăng nhiệt độ, điều này được giải thích là do khi tăng nhiệt độ sẽ làm tăng tốc độ phản ứng, bên cạnh đó cũng làm tăng tốc độ phản ứng ngắt mạch và chuyển mạch

- Ảnh hưởng của nồng độ monome đến quá trình trùng hợp NIPAM

Trong nghiên cứu này, phản ứng được tiến hành ở các nồng độ NIPAM khác nhau thay đổi từ 0,5 M - 0,9 M Kết quả thu được ở bảng 3.2

Bảng 3.2 Ảnh hưởng của nồng độ monome đến quá trình tổng hợp PNIPAM

độ monome lên 0,9 M thì dẫn tới độ chuyển hóa cũng như KLPT trung bình đều giảm Hiện tượng này là do phản ứng ngắt mạch chiếm ưu thế (kết quả còn thể hiện qua chỉ số PDI lớn chứng tỏ sản phẩm thu được có rất nhiều các đoạn mạch phân tử có khối lượng rất khác nhau)

- Ảnh hưởng của nồng độ PNIPAM đến nhiệt độ LCST

Xác định nhiệt độ LCST dung dịch polume với các nồng độ: 0,1 M, 0,3 M, 0,5 M, 0,7 M và 0,9 M trên cơ sở xác định điểm đục của các dung dịch polyme, kết quả đưa ra ở bảng 3.2

Bảng 3.2 Ảnh hưởng của nồng độ PNIPAM đến nhiệt độ LCST

- Phổ hồng ngoại của PNIPAM

Phổ hồng ngoại của monome NIPAM và sản phẩm PNIPAM được trình bày trên hình 3.1

Hình 3.1 Phổ hồng ngoại của NIPAM(a) và PNIPAM (b)

PNIPAM được tổng hợp ở điều kiện: [NIPAM]= 0,7M; [M]/[I]= 70; [TEMED]/[APS] = 1; nhiệt độ

20 o C, thời gian phản ứng 240 phút

Quan sát thấy rằng trên phổ hồng ngoại của NIPAM xuất hiện các pic ở vị trí 3300-3284cm-1

đặc trưng cho dao động hoá trị của NH bậc 2, pic ở vị trí 1658cm-1

đặc trưng cho dao động của C=O, pic 1622cm-1 đặc trưng cho dao động của C=C và pic ở vị trí 1560cm-1 đặc trưng cho dao động biến dạng của NH bậc 2 Phổ IR của sản phẩm không còn xuất hiện pic đặc trưng cho liên kết C=C, ngoài ra thấy xuất hiện pic ở vị trí 3310cm-1

đặc trưng cho dao động liên kết của nhóm amit, pic ở vị trí 2968cm-1

và 2929cm-1 đặc trưng cho dao động bất đối xứng của CH3 và CH2, pic 2874cm-1 đặc trưng cho dao động đối xứng của CH3 Ngoài ra còn xuất hiện 2 pic đặc trưng cho dao động của nhóm isopropyl ở 1368 và 1387cm-1 Điều này chứng tỏ phản ứng trùng hợp đã xảy ra

3.1.2 Tổng hợp và nghiên cứu tính chất của hydrogel NIPAM

- Ảnh hưởng của hàm lượng chất tạo lưới đến tính chất của hydrogel NIPAM

Phản ứng tổng hợp hydrogel NIPAM được thực hiện với nồng độ chất tạo lưới MBA lần lượt

là 0,6; 0,9; 1,2 và 1,5% về số mol khi so với monome Kết quả được trình bày trong bảng 3.3

Bảng 3.3 Ảnh hưởng của hàm lượng chất tạo lưới đến tính chất của hydrogel NIPAM

Nồng độ MBA

( o C)

SW (g/g)

* Giá trị LCST của hydrogel được xác định bằng phương pháp DSC

Các kết quả cho thấy sự có mặt của chất tạo lưới làm tăng hàm lượng phần gel trong polyme

do chất tạo lưới MBA là một monome lưỡng chức (2 nhóm vinyl ở đầu mạch) có tác đụng khâu các mạch polyme PNIPAM tạo cấu trúc mạng lưới 3 chiều Tăng hàm lượng chất tạo lưới làm tăng khả năng khâu mạch, khiến cho hàm lượng phần gel tăng Khi nồng độ MBA đạt 1,2%, polyme được khâu mạch gần như hoàn toàn, với hàm lượng phần gel >99,5% Tuy nhiên, tăng nồng độ MBA cũng làm tăng mật độ tạo lưới cũng như mức độ chặt chẽ của mạng lưới, làm giảm không gian bên trong gel, hạn chế khả năng mở rộng mạng lưới dẫn đến mức độ trương giảm Việc tăng hàm lượng chất tạo lưới cũng ít có ảnh hưởng đến nhiệt độ chuyển pha (LCST) của hydrogel Các kết quả xác định LCST của hydrogel NIPAM không có sự chênh lệch nhiều với kết quả xác định LCST của polyme PNIPAM

Quá trình trương và nhả trương của các mẫu hydrogel NIPAM có nồng độ chất tạo lưới lần lượt là 0,6%; 0,9%; 1,2%; 1,5% được biểu diễn trên hình 3.2 và 3.3

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Bảng 3.4 Ảnh hưởng của hàm lượng MBA đến độ bền cơ lý của hydrogel

Hàm lƣợng MBA (% mol) so với

monome

Lực kéo đứt (N)

- Ảnh hưởng của nồng độ chất điện ly đến khả năng trương của hydrogel NIPAM

Mẫu hydrogel được tổng hợp được khảo sát trương trong dung dịch NaCl có nồng độ tương ứng là: 0,1M; 0,07M; 0,04M và trong nước cất Kết quả được biểu diễn trên hình 3.4

0 3 6 9 12 15

Hình 3.4 Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch NaCl đến mức độ trương

Khi hydrogel trương xảy ra quá trình tương tác giữa phần mạch của hydrogel ưa nước và các phân tử nước hay chính là quá trình sonvat hoá mạch polyme Khi trong dung dịch có thêm một lượng xác định NaCl là chất điện li mạnh, NaCl phân li tạo thành ion Na+

và ion Cl-, hai ion này cũng tương tác với nước trong quá trình sonvat hóa, như vậy khi hydrogel trương nở trong môi trường dung dịch NaCl thì ngoài tương tác giữa NaCl là mạch hydrogel còn có quá trình sonvat hóa của các ion và của cả mạch polyme

- Đánh giá đặc tính thuận nghịch nhiệt của hydrogel NIPAM

Đặc tính thuận nghịch nhiệt của hydrogel NIPAM thực hiện ở nhiệt độ 20o

C và 50oC được biểu diễn trên hình 3.5

PNIPAM

10 11 12 13 14

Hình 3.7 Ảnh SEM mặt cắt ngang của mẫu hydrogel được tổng hợp ở 20 0 C, hàm lượng MBA

- Chất tạo lưới không ảnh hưởng đến nhiệt độ LCST của hydrogel và hydrogel được tiến hành chế tạo với hàm lượng chất tạo lưới phù hợp là 1,2% so với monome, nồng độ monome là 0,7M, thời gian phản ứng là 240 phút, nhiệt độ 20o

C

- Mức độ trương của hydrogel NIPAM giảm trong dung dịch NaCl

- Hydrogel có tính thuận nghịch nhiệt rõ rệt trong khoảng nhiệt độ 20 0C và 500C với khoảng thuận nghịch nhiệt tương đối lớn và kéo dài trong khoảng 2,5 chu kỳ trước khi có sự thay đổi

- Hydrogel có cấu trúc kênh, mao quản hở

3.2 Tổng hợp một số hydrogel nhạy nhiệt trên cơ sở biến tính NIPAM

3.2.1 Tổng hợp và nghiên cứu tính chất của hydrogel (NIPAM-co-AM)

- Quá trình đồng trùng hợp NIPAM và AM

Dựa vào dữ liệu kết quả phân tích thành phần copolyme thu được với việc sử dụng phương pháp Kelen-Tudos để xác định hằng số đồng trùng hợp r1, r2 tương ứng của NIPAM và AM Đường biểu diễn sự phụ thuộc η vào ξ trong phương trình Kelen-Tudos được biểu diễn trên hình 3.8

y = 1.0802x - 0.6486

= 0.9813

-0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4

ξ η

Hình 3.8 Đường biểu diễn sự phụ thuộc η theo ξ của hệ NIPAM-AM

Ngoại suy từ phương trình K-T ta được:

với  = 0  rAM = 1,02

với  = 1  rNIPAM = 0,43

Kết quả thu được cho thấy các monome AM có khả năng phản ứng với nhau lớn hơn là với monome NIPAM, trong khi đó các monome NIPAM lại có xu hướng kết hợp với monome AM nhiều hơn là kết hợp với nhau dẫn tới tính luân phiên trong mạch đại phân tử có tính đồng nhất không cao (rAM rNIPAM ≈0,44)

- Phổ hồng ngoại và DSC

Phổ hồng ngoại của copolyme (NIPAM-AM) được trình bày trên hình 3.9

Hình 3.9 Phổ IR của copolyme (NIPAM/AM = 90/10)

Quan sát thấy rằng trên phổ IR của sản phẩm xuất hiện pic ở vị trí 3434cm-1

chân rộng là do

sự cộng hưởng của amit 1 và 2; pic ở vị trí 3090cm-1

là dao động hoá trị của liên kết C-N; pic 1652cm-1 đặctrưng cho dao động của nhóm C=O; pic 1545cm-1

là dao động của N-H và C-N Ngoài ra các pic 1368 và 1389cm-1 đặc trưng cho dao động của nhóm isopropyl, dao động con lắc của N-H xuất hiện ở 638cm-1 Sự có mặt của nhóm amit trong polyacrylamit được khẳng định thông qua sự xuất hiện pic tại 1424cm-1 Điều này khẳng định sản phẩm copolyme đã được hình thành

Hình 3.10 Giản đồ DSC của PNIPAM, PAM và copolyme (NIPAM/AM=90/10)

Ngoài ra với việc sử dụng giản đồ DSC để xác định nhiệt độ thủy tinh hóa của sản phẩm (Tg) cho thấy xuất hiện duy nhất một píc xuất hiện ở nhiệt độ là 128,04oC Nằm giữa khoảng nhiệt

độ chuyển pha của PNIPAM (115,03o

C) và PAM (165,21oC) điều đó chứng tỏ tồn tại một sản phẩm duy nhất là copolyme (NIPAM-AM)

- Ảnh hưởng của hàm lượng AM nhiệt độ LCST của copolyme (NIPAM-AM)

Nhiệt độ LCST của PNIPAM thuần là khoảng 32,30C Khi giảm hàm lượng NIPAM, LCST của copolyme tăng Tuy nhiên khi tỷ lệ mol NIPAM/AM đạt đến 25/75 copolyme không có nhiệt độ LCST, do đó không phát hiện được điểm đục Hiện tượng này phù hợp với quan sát của một số tác giả, thấy rằng AM là một monome ưa nước nhưng homopolyme của nó lại không có nhiệt độ chuyển thể tích pha trong nước Điều này giải thích tại sao khi tăng hàm lượng AM đến một tỷ lệ nhất định so với NIPAM thì hệ không thể hiện tính chất LCST

- Ảnh hưởng của hàm lượng AM đến tính chất trương của copolyme (NIPAM-AM)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Hình 3.11 Ảnh hưởng của tỷ lệ AM đến đặc tính trương của hydrogel (NIPAM-AM) trong

Kết quả từ việc khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng AM đến đặc tính trương của hydrogel (NIPAM-co-AM) tại các nhiệt độ khác nhau cho thấy rõ khi tăng hàm lượng AM thì độ trương của hydrogel thu được tăng lên nhưng độ dốc của đồ thị đường trạng thái trương thì lại giảm đi do AM

là một polyme ưa nước điển hình nên việc có mặt trong thành phần copolyme sẽ làm tăng độ trương nhưng lại làm giảm tính nhạy nhiệt của hydrogel

Chính vì vậy, khi tổng hợp hydrogel (NIPAM-co-AM), tỷ lệ mol AM được lựa chọn thường

Hình 3.12 Quá trình trương của hydrogel (NIPAM-co-AM) trong nước cất với hàm lượng AM

20 30 40 50 60 70 80 90 100

Hình 3.13 Quá trình nhả trương của hydrogel (NIPAM-co-AM) trong nước cất với hàm lượng

AM khác nhau tại 50 o

C

Hình 3.13 mô tả quá trình nhả trương của các hydrogel cho thấy khi tăng hàm lượng AM thì tốc độ nhả trương giảm hiện tượng này cũng được giải thích tương tự như trên là do sự có mặt của

AM làm giảm khả năng đàn hồi của cấu trúc hydrogel dẫn đến giảm tốc độ co ngót (độ nhả trương)

- Ảnh hưởng của hàm lượng AM tới mức độ trương của các hydrogel (NIPAM-co-AM) tại các pH khác nhau

Kết quả cho thấy giá trị trương cân bằng của các hydrogel giảm dần từ pH thấp đến pH=4 và đạt trạng thái trương ổn định trong khoảng pH = 4-8 sau đó bắt đầu tăng lên khi pH > 8 điều này được lý giải là do tại pH thấp các nhóm amino bị proton hóa mang điện tích dương (NH2 + H+ =

NH3+) làm tăng lực đẩy tĩnh điện trong mạng lưới hydrogel dẫn tới độ trương tăng, còn khi pH > 8

thì các nhóm amit bị thủy phân thành nhóm cacboxylat (CONH2 → COO-) cũng có vai trò tương tự Trong khoảng pH = 4-8 các nhóm amit không chịu tác động ít của sự thủy phân nên mức độ trương cân bằng ổn định Tuy nhiên nhìn chung thì độ nhạy pH của các hydrogel (NIPAM-co-AM) là không rõ rệt

- Đánh giá đặc tính thuận nghịch nhiệt

Đặc tính thuận nghịch nhiệt của hydrogel (NIPAM-co-AM) được thể hiện ở 20o

C và 50oC được biểu diễn trên hình 3.14

NIPAM-AM

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

Hình 3.14 Mức độ trương của copolyme (NIPAM-AM)

Kết quả cho thấy hydrogel (NIPAM-AM) có thể trương và nhả trương khi nhiệt độ được tuần hoàn theo chu kỳ trong khoảng nhiệt độ cao (50oC) và nhiệt độ thấp (20oC), thể hiện tính nhạy nhiệt rõ rệt, tuy nhiên thời gian để hydrogel ở mức độ trương cực đại chuyển xuống cực tiểu lớn hơn PNIPAM

3.2.1.8 Hình thái học bề mặt và độ bền cơ học của hydrogel (NIPAM-co-AM)

Ảnh SEM của các mẫu hydrogel với tỷ lệ mol NIPAM/AM khác nhau được trình bày trên hình 3.15

Hình 3.15 Ảnh SEM bề mặt của các mẫu hydrogel với tỷ lệ mol NIPAM/AM khác nhau

Quan sát thấy rằng hàm lượng tăng hàm lượng của AM trong hydrogel thì bề mặt càng suất hiện nhiều vùng có cấu trúc gồ ghề, thể hiện tính cứng của vật liệu tăng lên so với khi không có AM