3.1.1. Ảnh hưởng của loại chất tạo nhũ đến quá trình trùng hợp
Để nghiên cứu ảnh hƣởng của loại chất tạo nhũ đến quá trình trùng hợp, phản ứng đƣợc tiến hành ở điều kiện: nồng độ monome 11,28%, hàm lƣợng chất khơi mào 1,77%, hàm lƣợng chất nhũ hóa 2%, nhiệt độ 700
C, thời gian 120 phút với các chất nhũ hóa khác nhau: NP9, Tween 65. Kết quả đƣợc tổng hợp trong bảng 1 và 2.
Bảng 1. Kết quả lựa chọn chất tạo nhũ
Chất nhũ hóa HLB Khả năng tạo nhũ Khoảng tách pha sau 8 ngày (ml)
NP9 12,9 Tạo nhũ tốt 1
Tween 65 10,5 Tạo nhũ kém 1,5
Kết quả ở bảng 1 cho thấy đối với chất nhũ hóa NP9, khả năng tạo nhũ dễ dàng, sản phẩm là nhũ tƣơng thuận dầu trong nƣớc, Tween 65 là chất tạo nhũ kém hơn. Có thể giải thích kết quả này là do NP9 có hệ số cân bằng dầu nƣớc HLB = 12,9 tức là ái lực với pha nƣớc lớn hơn, nên khả năng tạo nhũ và phân tán hạt nhũ trong pha nƣớc tốt, làm giảm diện tích bề mặt phân cách pha, do đó năng lƣợng bề mặt phân cách pha cũng giảm. Hệ nhũ tƣơng ở trạng thái năng lƣợng thấp nên về mặt nhiệt động nó bền hơn Tween 65. Hơn nữa, Tween 65 (HLB = 10,5) có ái lực so với pha nƣớc nhỏ hơn so với NP9, vì vậy, khả năng phân tán trong pha nƣớc kém hơn và độ bền nhũ kém hơn.
Bảng 2. Ảnh hưởng của loại chất tạo nhũ đến độ chuyển hóa và khối lượng phân tử.
Loại chất tạo nhũ NP9 Tween 65
Độ chuyển hóa (%) 89,36 79,43
KLPT (g/mol) 7,58.104 7,75.104
Kết quả cho thấy với cùng một nồng độ (2%) thì phản ứng sử dụng NP9 cho độ chuyển hóa cao hơn so với Tween 65.
Kết hợp bảng 1 và bảng 2 ta thấy NP9 vừa có độ bền nhũ tốt, vừa có độ chuyển hóa cao, vì thế phù hợp với mục đích nghiên cứu và đƣợc lựa chọn để khảo sát tiếp các yếu tố khác.
3.1.2. Ảnh hưởng của hàm lượng chất nhũ hóa
Để nghiên cứu ảnh hƣởng của hàm lƣợng chất nhũ hóa, phản ứng đƣợc tiến hành ở điều kiện: nồng độ monome 11,28%, hàm lƣợng chất khơi mào 1,77%, nhiệt độ 70oC, thời gian phản ứng 120 phút, với hàm lƣợng chất nhũ hóa NP9 thay đổi. Kết quả đƣợc tổng hợp trong bảng 3 và 4.
Bảng 3. Ảnh hưởng của hàm lượng chất nhũ hóa tới độ bền nhũ
Hàm lƣợng chất nhũ hóa (%)
Khoảng phân tách pha (ml) sau:
4 ngày 8 ngày 1,15 0,8 1,5 1,50 0,6 1,3 2,00 0,6 1,0 2,25 0,6 0,9 2,50 0,5 0,9
Kết quả bảng 3 cho thấy với hàm lƣợng chất nhũ hóa 1,15%, nhũ tƣơng tách pha nhanh nhất, khi tăng hàm lƣợng chất nhũ hóa lên đến 2% khoảng tách pha chậm dần, tiếp tục tăng đến 2,5% khoảng tách pha gần nhƣ không thay đổi, nhũ tƣơng có xu hƣớng bền hơn khi tăng hàm lƣợng chất nhũ hóa.
Có thể giải thích điều này là do tác dụng liên kết 2 pha không tan vào nhau của chất nhũ hóa, ở một hàm lƣợng giới hạn nào đó, độ bền nhũ sẽ đạt cực đại. Nếu tiếp tục tăng hàm lƣợng chất nhũ hóa, độ bền nhũ thay đổi không đáng kể. Chất nhũ hóa NP9 với hàm lƣợng 2% đƣợc sử dụng để khảo sát ảnh hƣởng của các điều kiện phản ứng tới quá trình trùng hợp.
Bảng 4. Ảnh hưởng của hàm lượng NP9 đến độ chuyển hóa và KLPT
Hàm lƣợng NP9 (%) Độ chuyển hóa (%) KLPT (g/mol)
1,15 79,43 13,9.104
1,50 84,40 7,68.104
2,00 89,36 7,58.104
2,25 87,10 7,51.104
2,50 85,14 7,35.104
Đƣờng cong biểu diễn sự phụ thuộc của độ chuyển hóa vào nồng độ NP9 đƣợc biểu diễn trên hình 2.
Hình 2. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc độ chuyển hóa vào hàm lượng NP9
Kết quả cho thấy khi tăng nồng độ NP9 từ 1,15% đến 2% thì độ chuyển hóa tăng và đạt cực đại tại 2%, tiếp tục tăng nồng độ NP9 lên 2,5% độ chuyển hóa giảm.
Nhƣ vậy: chất nhũ hóa NP9 với hàm lƣợng 2% đƣợc sử dụng để khảo sát ảnh hƣởng của các điều kiện phản ứng tới quá trình trùng hợp.
3.1.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ
Phản ứng trùng hợp đƣợc tiến hành ở các nhiệt độ khác nhau với các điều kiện: nồng độ monome 11,28%, hàm lƣợng chất nhũ hóa NP9 2%, hàm lƣợng chất khơi mào 1,77%, thời gian 120 phút. Kết quả đƣợc tổng hợp trong bảng 5 và 6.
Bảng 5. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ bền nhũ
Nhiệt độ (oC) Khoảng tách pha (ml)
Sau 4 ngày Sau 8 ngày
60 0,4 0,7
65 0,4 0,8
70 0,6 1
75 0,8 1,3
Bảng 6. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ chuyển hóa và KLPTTB
Nhiệt độ (oC) 60 65 70 75
Độ chuyển hóa (%)
34,75 69,50 89,36 79,43
KLPT (g/mol) 8,01.104 7,82.104 7,58.104 7,43.104
Đƣờng cong biểu diễn sự phụ thuộc độ chuyển hóa vào nhiệt độ đƣợc biểu diễn ở hình 3.
Hình 3. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ chuyển hóa vào nhiệt độ
Kết quả trên hình 3 cho thấy khi tăng nhiệt độ phản ứng thì độ chuyển hóa tăng và đạt cực đại tại 70o
C, nếu tiếp tục tăng nhiệt độ lên 75oC độ chuyển hóa giảm. Điều này là do khi tăng nhiệt độ sẽ làm tăng tốc độ tất cả các phản ứng hóa học kể cả phản ứng cơ sở trong quá trình trùng hợp. Việc tăng tốc độ phản ứng dẫn đến hình thành các trung tâm hoạt động và tốc độ phát triển mạch làm tăng tốc độ chuyển hóa của monome thành polyme. Nhƣng khi nhiệt độ tăng quá lớn, các trung tâm hoạt động mạnh, tốc độ phát triển mạch rất lớn làm tăng quá trình kết hợp gốc, làm mạch polyme ngừng phát triển, hiệu suất chuyển hóa và khối lƣợng phân tử trung bình giảm.
3.1.4. Ảnh hưởng của thời gian
Để nghiên cứu ảnh hƣởng của thời gian đến quá trình trùng hợp, phản ứng đƣợc tiến hành ở điều kiện: nồng độ monome 11,28%, hàm lƣợng chất khơi mào 1,77%, hàm lƣợng chất nhũ hóa 2%, nhiệt độ 700
C với các khoảng thời gian khác nhau. Kết quả đƣợc tổng hợp trong bảng 7.
Bảng 7. Ảnh hưởng của thời gian đến độ chuyển hóa
Thời gian (phút) 0 20 40 60 80 100 120 140 Độ chuyển hóa (%) 0 2,45 20,04 69,50 79,43 84,40 89,36 89,36
Đƣờng cong biểu diễn sự phụ thuộc độ chuyển hóa vào thời gian đƣợc biểu diễn ở hình 4.
Hình 4. Ảnh hưởng của thời gian tới độ chuyển hóa
Kết quả ở hình 4 cho thấy khi thời gian tăng độ chuyển hóa tăng nhanh ở giai đoạn đầu sau chậm dần và đạt giá trị không đổi sau 120 phút. Kéo dài thời gian độ chuyển hóa gần nhƣ không thay đổi.
3.1.5. Ảnh hưởng của hàm lượng chất khơi mào
Để nghiên cứu ảnh hƣởng của hàm lƣợng chất khơi mào, phản ứng đƣợc tiến hành với nồng độ monome 11,28%, nồng độ NP9 2%, nhiệt độ 70oC, thời gian phản ứng 120 phút, nồng độ chất khơi mào thay đổi từ 1,2 đến 2%. Kết quả đƣợc tổng hợp trong bảng 8 và 9.
Bảng 8. Ảnh hưởng của hàm lượng chất khơi mào đến độ bền nhũ
Hàm lƣợng chất khơi mào (%)
Khoảng tách pha (ml)
Sau 4 ngày Sau 8 ngày
1,20 0,3 0,6
1,40 0,3 0,8
1,60 0,5 0,8
1,77 0,6 1
Bảng 9. Ảnh hưởng của hàm lượng chất khơi mào đến độ chuyển hóa và KLPT
Hàm lƣợng chất khơi mào (%) Độ chuyển hóa (%) KLPT (g/mol)
1,20 69,50 9,12.104
1,40 79,43 7,75.104
1,60 86,23 7,68.104
1,77 89,36 7,58.104
2,00 84,40 7,32.104
Đƣờng cong biểu diễn sự phụ thuộc độ chuyển hóa vào hàm lƣợng chất khơi mào đƣợc biểu diễn ở hình 4.
Hình 5. Đồ thị biểu biễn sự phụ thuộc của độ chuyển hóa vào hàm lượng chất khơi mào.
Bảng 8 và hình 5 cho thấy nồng độ chất khơi mào có ảnh hƣởng lớn đến độ chuyển hóa. Hàm lƣợng chất khơi mào tăng dẫn đến số mạch đang phát triển tăng, bên cạnh đó chiều dài mạch giảm khiến khối lƣợng phân tử trung bình giảm. Tuy nhiên, độ chuyển hóa chỉ tăng khi nồng độ chất khơi mào tăng đến một giá trị nhất định. Nếu tiếp tục tăng nồng độ chất khơi mào thì độ chuyển hóa không tăng.
3.1.6. Ảnh hưởng của nồng độ monome
Để nghiên cứu ảnh hƣởng của nồng độ monome, phản ứng đƣợc tiến hành với hàm lƣợng chất khơi mào 1,77%, hàm lƣợng chất nhũ hóa 2%, nhiệt độ 70o
C, thời gian phản ứng 120 phút. Kết quả đƣợc tổng hợp trong bảng 3.7.
Bảng 10. Ảnh hưởng của nồng độ monome
Nồng độ monome (%)
Độ chuyển hóa (%)
KLPT (g/mol) Khoảng tách pha sau 8 ngày (ml)
7,52 69,50 7,12.104 0,8
9,40 79,96 7,42.104 1
11,28 89,36 7,58.104 1
13,16 84,40 7,91.104 1,5
Đƣờng cong biểu diễn sự phụ thuộc độ chuyển hóa vào nồng độ monome đƣợc thể hiện ở hình 5.
Hình 6. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc độ chuyển hóa vào nồng độ monome
Kết quả bảng 10 và hình 6 cho thấy khi tăng nồng độ monome, độ chuyển hóa và KLPT tăng do tăng tốc độ trùng hợp. Tuy nhiên, khi nồng độ monome (tỷ lệ pha phân tán/pha liên tục) vƣợt quá một giá trị nhất định thì độ bền của nhũ giảm do hiện tƣợng đông tụ.
Nhƣ vậy qua khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình trùng hợp MMA bằng phƣơng pháp trùng hợp nhũ tƣơng thu đƣợc các điều kiện tối ƣu là: chất HĐBM: NP9 hàm lƣợng 2%, nhiệt độ 70oC, thời gian 120 phút, hàm lƣợng chất khơi mào 1,77%, nồng độ monome 11,28%. Độ chuyển hóa cao nhất đạt đƣợc là 89,36%, KLPT sản phẩm là 7,58.104 g/mol. Sản phẩm phản ứng tai điều kiện tối ƣu đƣợc sử dụng để nghiên cứu một số đặc trƣng lý hóa.
3.2. Một số đặc trƣng lý hóa của sản phẩm
3.2.1. Phổ hồng ngoại
Phổ hồng ngoại của PMMA đƣợc biểu diễn trên hình 6.
Hình 7. Phổ IR của PMMA
Trên phổ hồng ngoại của PMMA xuất hiện pic 1729,06cm-1 đặc trƣng cho dao động hóa trị của nhóm C=O, pic 2959,27cm-1
đặc trƣng cho dao động hóa trị của C – H no, pic 1243,69cm-1 đặc trƣng cho dao động hóa trị đối xứng của nhóm C-O-C, pic 1477,81cm-1 đặc trƣng cho dao động biến dạng của C – H no, ngoài ra không thấy xuất hiện pic trong vùng 1641 – 1644cm-1 đặc trƣng cho dao động hóa trị liên kết C=C, điều này chứng tỏ đã xảy ra phản ứng trùng hợp MMA tạo thành sản phẩm.
3.2.2. Phân tích nhiệt trọng lượng (TGA)
Giản đồ phân tích nhiệt trọng lƣợng (TGA) của PMMA đƣợc biểu diễn trên hình 7.
Hình 8. Giản đồ TGA của PMMA
Trên giản đồ TGA thấy xuất hiện 2 pic: pic 296,39cm-1 đặc trƣng cho quá trình khử trùng hợp giải phóng MMA, pic 345,88cm-1 đặc trƣng cho quá trình phân huỷ PMMA thành nhựa đƣờng và PMMA. Khi nhiệt độ đạt tới 389,06oC trọng lƣợng giảm 99,946% do mẫu polyme gần nhƣ bị phá hủy hoàn toàn.
3.2.3. Nhiệt vi sai quét (DSC)
Giản đồ phân tích nhiệt vi sai (DSC) của PMMA đƣợc biểu diễn trên hình 8.
Hình 9. Giản đồ DSC của PMMA
Từ giản đồ DSC ta thấy xuất hiện pic 133,14oC, onset 125,68oC, endset 139,26oC
Nhƣ vậy nhiệt độ hóa thủy tinh của PMMA là 133,14o C.
3.2.4. Hình thái học bề mặt
Ảnh chụp kính hiển vi điện tử quét của PMMA đƣợc tổng hợp bằng phƣơng pháp trùng hợp nhũ tƣơng ở 3 độ phóng đại: 5000, 10000, 20000 đƣợc biểu diễn trên hình 10.
Qua quan sát SEM thấy rằng sản phẩm tồn tại thành từng đám có kích thƣớc hạt trung bình 350nm, sự phân bố kích thƣớc hạt tƣơng đối đồng đều.
KẾT LUẬN
Qua một thời gian nghiên cứu và thực hiên đề tài, chúng tôi rút ra một số kết luận nhƣ sau:
1. Đã trùng hợp thành công PMMA bằng phƣơng pháp trùng hợp nhũ tƣơng với sự có mặt của chất khơi mào
2. Đã nghiên cứu một số yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình trùng hợp: loại chất nhũ hoá, nhiệt độ, thời gian, hàm lƣợng chất khơi mào, nông độ môn tham gia trùng hợp. Từ các kết quả nghiên cứu chúng tôi đã rút ra các điều kiện tối ƣu để thực hiện phản ứng trùng hợp nhũ tƣơng PMMA là:
Chất nhũ hoá: NP9 - Hàm lƣợng chất nhũ hoá: 2% - Nhiệt độ: 700C - Thời gian: 120 phút - Hàm lƣợng chất khơi mào: 1,77% - Nồng độ monome: 11,28%
3. Đã khảo sát cấu trúc và một số tính chất vật lý của sản phẩm: phổ hồng ngoại (IR), phân tích nhiệt trọng lƣợng (TGA), nhiệt vi sai quét (DSC), và chụp ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM), sản phẩm có kích thƣớc hạt trung bình 350nm, có nhiệt độ hoá thuỷ tinh là 133,140C
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Alfrey – Bohrer – Mark. “Copolymerization of high polymer”, vol. 8, p. 26 – 34, 2011.
2. Kreuter J, Speiser P. “New adjuvants on a polymethylmethacrylate base”.
Infect Immun, vol. 10, p.13 - 204, 1976
3. Kreuter J, Speiser P. “In vitro studies of poly(methyl methacrylate) adjuvants”. J Pharm Sci, vol. 7, p.65 - 1624, 1976
4. Kreuter J, Liehl E. “Protection induced by inactivated influenza vaccines with polymethylmethacrylate adjuvants”. Med Microbiol Immunol, vol. 17, p.111 - 165, 1978.
5. Klemm K. “Treatment of chronic bone infections with gentamycin PMMA chains and beads”. Accid Surg, vol. 4, p.1- 20, 1976.
6. Carvalho Costa IM, Salaro CP, Costa MC. “Polymethylmethacrylate facial implant: A successful personal experience in Brazil for more than 9 years”. Dermatol Surg, vol. 7, p.35 - 1221, 2009.
7. Schade VL, Roukis TS. “Role of polymethylmethacrylate antibiotic– loaded cement in addition to debridement for the treatment of soft tissue and osseous infections of the foot and ankle”. J Foot Ankle Surg, vol. 49,
p.55–62, 2010.
8. Sivakumar M, Rao PK. “Synthesis and characterization of poly(methyl methacrylate) functional microspheres”. React Funct Polym, vol. 46,
p.29 –37, 2000
9. Nandi SK, Mukherjee P, Subbasis R, Kundu B, Kumar D, Basu D. “Local antibiotic delivery systems for the treatment of osteomyelitis – A review”. Mater Sci Eng C, vol. 29, p.85 - 2478, 2009.
10. Hall EW, Rouse MS, Jacofsky DJ, Osmon DR, Hanssen AD, Steckelberg JM,
Patel R. “Release of daptomycin from polymethylmethacrylate beads in a continuous flow chamber”. Diagn Microbiol Infect Dis, vol. 50, p.5 –
261, 2004.
11. McLaren AC, McLaren SG, Smeltzer MS. “Xylitol and glycine fillers increase permeability of PMMA to enhance elution of daptomycin”. Clin Orthop Relat Res, vol. 451, p.8 – 25, 2004.
12. Rouse MS, Piper KE, Jacobson M, Jacofsky DJ, Steckelberg JM, Patel R. “Daptomycin treatment of Staphylococcus aureus experimental chronic osteomyelitis”. J Antimicrob Chemother, vol. 57, p.5 – 301, 2006
13. Weiss BD, Weiss EC, Haggard WO, Evans RP, McLaren SG, Smeltzer MS.
“Optimized elution of daptomycin from polymethylmethacrylate beads”.
Antimicrob Agents Chemother, vol. 53, p.6 – 264, 2009.
14. Corry D, Moran J. “Assessment of acrylic bone cement as a local delivery vehicle for the application of non-steroidal anti-inflammatory drugs”.
Biomaterials, vol. 19, p.301 – 1295, 1998.
15. Wang HM, Crank S, Oliver G, Galasko CS. “The effect of methotrexateloaded bone cement on local destruction by the VX2 tumour”. J Bone Joint Surg [Br], vol. 78, p.14 – 17, 1996.
16. Healey JH, Shannon F, Boland P, DiResta GR. “PMMA to stabilize bone and deliver antineoplastic and antiresorptive agents”. Clin Orthop Rel Res, vol. 415, p.75 – 263, 2003.
17. Sealy PI, Nguyen C, Tucci M, Benghuzzi H, Cleary JD. Delivery of antifungal agents using bioactive and nonbioactive bone cements. Ann Pharmacother, vol. 43, p.15 – 1606, 2009.
18. Coelho JF, Ferreira PC, Alves P, Cordeiro R, Fonseca AC, Go´is JR, Gil MH. Drug delivery systems: Advanced technologies potentially applicable in personalized treatments. EPMA J, vol. 1, p.164 – 209, 2010. 19. Tatsuya S. “Production of antimicrobial spherical resin particle”.
European Patent JP 7051039 (A), vol. 6, p. 16 – 20,1995
20. Kreuter J, “Poly(methyl methacrylate) nanoparticles as vaccine adjuvants”.
In: O’Hagan DT, ed. Vaccine adjuvants: Preparation methods and research protocols. Totowa, NJ: Humana Press, vol. 16, p.19 – 105,
2000.
21. Rao JP, Geckeler KE. “Polymer nanoparticles: Preparation techniques and size-control parameters”. Progr Polym Sci, vol. 36, p.887–913, 2011. 22. Kreuter J “Large scale production problems and manufacturing of
nanoparticles”. In: Tyle P, ed. Specialized drug delivery system. New York: Marcel Dekker, vol. 24, p. 66 – 257, 1990.
23. Cheng X, Chen M, Zhou S, Wu L. “Preparation of SiO2/PMMA composite particles via conventional emulsion polymerization”. J Polym Sci Part A: Polym Chem, vol. 44, p.16 – 3807, 2006.
24. Bonfa´ A, Saito RSN, Franc¸a RFO, Fonseca BAL, Petri DFS. “Poly(ethylene glycol) decorated poly(methylmethacrylate) nanoparticles for protein adsorption”. Mater Sci Eng C, vol. 31, p.6 -562, 2011.
25. Buendı´a S, Cabanas G, Alvarez-Lucio G, Montiel-Sanchez H, Navarro- Clemente ME, Corea M. “Preparation of magnetic polymer particles with nanoparticles of Fe(0)”. J Colloid Interface Sci, vol. 354, p. 354,
26. Zhang G, Li X, Jiang M, Wu C. “Model system for surfactant-free