4. Phương pháp nhiên cứu
3.1. Phân tích bề mặt
Ảnh SEM của mẫu PVA/CMC
Các đặc trưng về hình dạng, kích thước bề mặt của các hydrogel được nghiên cứu bằng phương pháp hiển vi điện tử quét SEM.
Các mẫu dùng trong phân tích bề mặt:
a) PVA nguyên chất
b) PVA/CMC 80/20 (wt/wt)
c) PVA/CMC 70/30 (wt/wt)
d) PVA/CMC 60/40 (wt/wt)
Kết quả phân tích thể hiện trên hình 3.1. a, b, c, d.
(a) (b)
(c) (d)
Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 PVA/CMC 80:20; c) Mẫu PVA/CMC 70:30; (d) Mẫu
PVA/CMC 60:40
Từ những hình ảnh thu được từ việc phân tích bề mằt của các hydrogel PVA/CMC trộn hợp với các thành phần khác nhau ta nhận thấy:
- Khi trộn hợp CMC với PVA ta thu đươc polyme hydrogel trộn hợp có cấu trúc mạng lưới xốp hơn so với PVA nguyên chất.
- Khi tăng thành phần CMC lên thì độ xốp tăng lên. Tuy nhiên ta không thể tăng mãi thành phần CMC, vì CMC có đặc điểm dễ tan. Qua kết qủa ảnh SEM thu được và các phân tích khác. Nhận thấy tỉ lệ trộn hợp PVA/CMC 60/40 (wt/wt) là phù hợp.
- Cấu trúc lỗ xốp lớn trong phân tử hydrogel PVA/CMC giải thích cho khả năng hút nước rất tốt của hợp chất này.
3.2. Phân tích phổ IR
Các mẫu dùng trong phân tích phổ IR:
a) PVA
b) CMC
c) PVA/CMC (60/40) (wt/wt)
Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 Hình 3.2. Phổ IR của các mẫu (a) PVA; (b) CMC; (c) PVA/CMC 60/40 (wt/wt)
Phổ IR của PVA:
Kết quả cho thấy, trong phổ của PVA có một peak rộng ở bước sóng 3430cm-1 tương ứng với dao động biến dạng của nhóm hydroxyl (-OH) của PVA. Hai pic nhỏ ở bước sóng 2940cm-1 và 2910cm-1 tương ứng với dao động biến dạng của liên kết C-H. Dao động của liên kết C-O quan sát được ở bước sóng 1100cm-1
.
Phổ IR của CMC:
Phổ IR của CMC cho thấy sự hấp thụ của liên kết C-H diễn ra mạnh ở bước sóng 2983cm-1 và liên kết C-O của nhóm carboxylmethyl của cellulose ở bước sóng 1087cm-1. Ta thấy có sự xuất hiện những peak nhỏ xung quanh, điều này có thể là do có sự gối lên nhau giữa các dao động C-O của hai thành phần khác nhau trong phân tử CMC. Sự hấp thụ mạnh diễn ra bắt đầu ở bước sóng 3223cm-1 do dao động O-H của cellulose. Sự xuất hiện của peak hấp thụ ở bước sóng 3223cm-1 và 3495cm-1 có thể là do sự có mặt của liên kết hydrogel nội phân tử trong CMC.
Phổ IR của PVA/CMC:
Từ phổ IR của PVA/CMC ta thấy có một peak rộng bắt đầu ở 3050cm-1
và kết thúc ở 3570cm-1 chứng tỏ liên kết hydro của CMC tăng lên, đây là kết qủa của sự trộn hợp giữa PVA và CMC. Điều này đã giải thích cho thông tin về liên kết hydro giữa bản thân các nhóm cacboxylic và với nhóm hydroxyl của phân tử cellulose. Có thể giải thích điều này là do liên kết O-H của CMC bi kéo dãn do có sự tạo liên kết hydro với nhóm hydroxyl của PVA. Do đó, có thể kết luận về sự tương tác giữa mạng phân tử PVA và CMC trong polyme tổ hợp là liên kết hydro.
3.3. Phân tích khả năng trương nở của hydrogel PVA/CMC 3.3.1. Các công thức tính độ trương nở 3.3.1. Các công thức tính độ trương nở
Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2
Thực nghiệm được thực hiện bằng việc sử dụng các miếng gel có kích thước thước 5mm để khảo sát tiến trình biến dạng của hydrogel từ trạng thái co ngót hoàn toàn trong dung dịch pH thích hợp, chuyển sang trạng thái trương nở đầy đủ trong các dung dịch pH khác. Biến dạng của hydrogel có thể được xác định bằng biểu thức sau:
Trong đó:
lo: Là kích thước ban đẩu của gel
l: Là kích thước khi gel đạt trạng thái trương nở cân bằng trong dung dịch pH
Hoặc có thể tính độ biến dạng của polyme hydrogel theo công thức sau:
% 100 . ref ref f W W W SW Trong đó:
Wf: là khối lượng mẫu sau trương nở Wref: là khối lượng mẫu ban đầu SW: Độ trương nở (%)
3.3.2. Khảo sát sự biến dạng theo thời gian của hydrogel PVA/CMC
Các mẫu hydrogel PVA/CMC (60:40) được đo sự trương nở trong các môi trường pH khác nhau trong mỗi 10phút.
Mẫu hydrogel PVA/CMC có thành phần khối lượng 60/40 (wt/wt) được đưa vào khảo sát sự biến dạng theo thời gian trong các môi trường pH = 7, pH = 9 và pH = 12.
Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2
Bảng 3.1. Biến dạng của hydrogel PVA/CMC 60/40 (wt/wt) theo thời gian trong các môi trường pH khác nhau
Từ kết quả trên ta tính được độ trương nở theo bảng 3.2.
Bảng 3.2. Độ trương nở của hydrogel PVA/CMC 60/40 (wt/wt) theo thời gian trong các dung dịch có pH khác nhau
Thời gian (phút) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Kích thước mẫu tăng so với ban đầu (mm) pH= 7 0 1 1.7 2.1 2.5 2.7 2.8 2.8 2.8 2.8 pH= 9 0 1 1.8 2.3 2.7 2.9 3 3 3 3 pH= 12 0 1 1.6 1.9 2.2 2.5 2.7 2.7 2.7 2.7 Thời gian (phút) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Độ trương nở (%) pH= 7 0 20 34 42 50 54 56 56 56 56 pH= 9 0 20 36 46 54 58 60 60 60 60 pH= 12 0 20 32 38 44 50 54 54 54 54
Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2
Vậy ta có thể xây dựng đồ thị sau:
Hình 3.3.Độ trương nở của hydrogel PVA/CMC 60/40 (wt/wt) theo thời gian trong các dung dịch có pH khác nhau
Theo định nghĩa, vật liệu được coi là biến dạng lớn khi mức độ biến dạng lớn hơn 5%. Kết quả thực nghiệm cho thấy biến dạng trương nở của gel PVA/CMC đạt khoảng 60% như vậy có thể coi hydrogel có biến dạng đàn hồi lớn.
Kết quả khảo sát sự biến dạng của các hydrogel theo thời gian cho thấy các gel có tốc độ trương nở nhanh ở 10 phút đầu tiên, và đạt cân bằng sau khoảng 60 phút.
3.3.3. Khảo sát khả năng trương nở của các hydrogel PVA/CMC trong các dung dịch PH khác nhau.
Khảo sát sự trương nở của các mẫu PVA/CMC có kích thước 5mm, trong các môi trường pH khác nhau sau 60 phút.
Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 PH 3 5 7 9 12 Kích thước sau khi trương nở (mm) PVA/CMC 80/20 (wt/wt) 5.9 6.5 6.9 7.8 7.2 PVA/CMC 70/30 (wt/wt) 6 6.4 7 7.9 7.3 PVA/CMC 60/40 (wt/wt) 6 6.7 7.8 8 7.7
Bảng 3.3. Kích thước trương nở của các hydrogel PVA/CMC trong các môi trường khác nhau sau 60 phút
Ta cũng tính được độ trương nở của các hydrogel trong các môi trường pH khác nhau.
Bảng3.4. Độ trương nở của hydrogel PVA/CMC ở các môi trường pH khác nhau PH 3 5 7 9 12 Độ trương nở (%) PVA/CMC 80/20 (wt/wt) 18 30 38 56 44 PVA/CMC 70/30 (wt/wt) 20 28 40 58 46 PVA/CMC 60/40 (wt/wt) 20 34 56 60 54
Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2
Từ kết quả thực nghiệm ta thu được hình vẽ:
Hình 3.4. Độ trương nở của các hydrogel PVA/CMC ở các môi trường pH khác nhau
NHẬN XÉT
Các hydrogel trộn hợp của PVA với CMC có khả năng trương nở tốt trong môi trường pH lớn hơn 7 (môi trường kiềm).
Khi tăng thành phần CMC lên thì khả năng trương nở của hydrogel trộn hợp tăng lên.
Hydrogel trộn hợp của PVA và CMC có khả năng trương nở tốt nhất khi thành phần tương ứng của chúng là 60:40 (tỉ lệ khối lượng).
Các hydrogel đạt trạng thái trương nở tốt nhất trong môi trường có pH = 9.
Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2
KẾT LUẬN
Qua một thời gian nghiên cứu và thực nghiệm tôi đã thu được một số kết quả chính sau:
1.Nghiên cứu thành công quy trình công nghệ chế tạo vật liệu hydrogel từ các polyme trộn hợp PVA/CMC.
2.Nghiên cứu cấu trúc và đặc điểm tương tác trong vật liệu PVA/CMC. Bằng phương pháp phân tích phổ IR cho thấy giữa các mạch phân tử PVA và CMC xuất hiện các tương tác ngang là liên kết hydro để giữ các mạch phân tử không tan trong quá trình trương nở.
3.Cấu trúc của vật liệu được nghiên cứu bằng phương pháp chụp ảnh SEM. Kết quả cho thấy độ xốp của vật liệu tăng lên khi tăng tỉ lệ CMC, và điều này cũng giải thích được khả năng hút nước và trương nở của vật liệu khi tăng CMC.
4.Khả năng trương nở của hydrogel phụ thuộc rất nhiều vào pH của môi trường. Vật liệu PVA/CMC trương nở tốt trong môi trường pH >7 (môi trường kiềm).
5.Các kết qủa của luận văn sẽ là tiền đề cho các nghiên cứu ứng dụng tiếp theo của vật liệu hydrogel như làm sensor pH, sensor sinh học và các ứng dụng làm chất mang cho các hoạt tính sinh học.
Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
1. Lê Công Dưỡng (2003), Vật liệu hoc, NXB Đại học Quốc Gia Hà Nội.
2. Thái Hoàng (2011), Vật liệu polyme blend, Bộ sách chuyên khảo ứng
dụng và phát triển công nghệ cao, NXB Khoa học tự nhiên và công nghệ, Hà
Nội.
3. Nguyễn Văn Khôi (2007), Polymer ưa nước - hóa học và ứng dụng, NXB Khoa học tự nhiên và Công nghệ, Hà Nội.
4. Từ Văn Mặc (2003), Phân tích hóa lý phương pháp phổ nghiệm
nghiên cứu cấu trúc phân tử,NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
5. Nguyễn Đức Nghĩa (2009), Polyme chức năng và vật liệu lai cấu trúc
nano, Bộ sách chuyên khảo ứng dụng và phát triển công nghệ cao, NXB
Khoa học tự nhiên và Khoa học công nghệ, Hà Nội.
6. Trương Văn Tân (2008), Vật liệu tiên tiến, từ polymer dẫn điện đến ống
than nano, Nhà xuất bản Trẻ, Hà Nội.
7. Hồ Sĩ Tráng (2006), “Đồng trùng hợp ghép tinh bột tự nhiên với hệ acrylonitrin - metyl acrylat và acrylonitrin - metyl metacrylat”, Tạp chí Khoa
học và Công nghệ, T.57, Tr.129-132.
8. Hồ Sĩ Tráng (2006), Cơ sở hóa học gỗ và xeluloza (tập 1,2),NXB Khoa học và Kĩ thuật, Hà Nội.
9. Nguyễn Phi Trung (2002), Nghiên cứu chế tạo và khảo sát tính chất chịu oxi hóa nhiệt của blend polyvinylclorua/cao su butadien-acrylonitril/cao su
thiên nhiên, Luận án tiến sĩ Hóa học, Hà Nội.
10. Lê Ngọc Tú (1994), Hóa học thực phẩm, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2
Tiếng nước ngoài
11. A. K. Ghosh, A. Misra, A. R. Bbhattacharyya (2011), Reactively compatibilised polymer blends: a case study on PA6/EVA blend system, Polymer, Vol.42 (21), 9143-9154.
12. C. Koning, C. Pagnoulle, M. Van Duin, R. Jerome (1998), Strategies for compatibilization of polymer blend, Prog. Polym. Sci., Vol. 23, 707-757.
13. D. R. Paul, M. M. Coleman (1994), Fundamental of Polymer Science, Technomic.
14. H. Yildirim, M. Tasdemir (2001), Achieving compatibility in blends of low-density polyethylene/polyamide-6 with addition of ethylene vinylacetate,
Journal of Applied Polymer science, Vol. 82, 1748-1754.
15. Manal F. Abou Taleb, H. L. Abd El-Mohdy, H. A. Abd El-Rehim.
Radiation preparation of PVA/CMC copolymers and their application
in removal of dyes,11 September 2008.
Trang website
16. http://en.wikipedia.org/wiki/
17. http://www.vocw.edu.vn/content/m11039/latest/