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        研究不同pH和溫度環(huán)境中PNIPAm微凝膠的粒徑和Zeta電位

        研究不同pH和溫度環(huán)境中PNIPAm微凝膠的粒徑和Zeta電位
        丹東百特  2022-11-10  |  閱讀:2155

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        PNIPAm,聚N-異丙基丙烯酰胺,是一種在醫(yī)藥、智能材料制造領(lǐng)域具有廣泛的功能性溫敏高分子材料,從上個(gè)世紀(jì)90年代開(kāi)始引起科研人員的關(guān)注,具有大量文獻(xiàn)報(bào)道。


        本文使用BeNano 90 zeta 納米粒度與Zeta電位分析儀表征了一個(gè)PNIPAm微凝膠的粒徑和Zeta電位隨pH及溫度的變化。


        結(jié)果與討論


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        圖1. PNIPAm微凝膠不同pH值條件下Zeta電位結(jié)果


        圖1為在25℃下,PNIPAm微凝膠的Zeta電位隨pH的變化曲線??梢钥闯觯谑褂眉儍羲渲玫哪敢涵h(huán)境中(pH=6時(shí)),Zeta電位為負(fù)值,說(shuō)明此時(shí)微凝膠上凈電荷為負(fù)電,且Zeta電位絕對(duì)值最高。采用HCl溶液調(diào)節(jié)樣品pH值,隨著pH逐漸降低,樣品的Zeta電位絕對(duì)值逐漸減小,向零趨近,當(dāng)pH=1時(shí),樣品Zeta電位跨過(guò)等電點(diǎn),由負(fù)電變?yōu)檎?。這是因?yàn)樵趐H值逐漸降低的過(guò)程中,溶液中的H+濃度升高,H+的增加改變了樣品表面的電離平衡,樣品表面的負(fù)電荷逐漸被H+中和,因此帶電量下降,進(jìn)而導(dǎo)致了Zeta電位絕對(duì)值下降。


        通過(guò)向體系中添加NaOH,使體系中OH-含量增多,pH值逐漸增大,通常來(lái)說(shuō)帶負(fù)電的OH-會(huì)使得顆粒表面攜帶更多負(fù)電,使Zeta電位負(fù)值不斷增加。然而觀察到隨著pH值的升高,Zeta電位絕對(duì)值卻逐漸減小,當(dāng)pH=14時(shí),Zeta電位趨近于0。這可能是因?yàn)楫?dāng)pH為6或7時(shí),聚合物表面的基團(tuán)電離比較充分,攜帶的負(fù)電荷已經(jīng)達(dá)到飽和,即使OH-含量增多,顆粒表面也不能攜帶更多的負(fù)電荷,而NaOH濃度上升逐漸增加了體系中離子強(qiáng)度,離子強(qiáng)度越高,對(duì)于Zeta電位的屏蔽效果越來(lái)越強(qiáng),導(dǎo)致了Zeta電位絕對(duì)值的降低。


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        圖2. 不同pH環(huán)境中PNIPAm水凝膠在不同溫度下的粒徑曲線


        圖2顯示了pH=3,6和9環(huán)境中,樣品的粒徑隨溫度變化趨勢(shì)。可以看到在三個(gè)pH環(huán)境中,樣品的粒徑隨著溫度升高逐漸降低,從25℃的700nm逐漸減小到50℃的約300nm。這種明顯的隨溫度升高而收縮的現(xiàn)象是由于形成分子間氫鍵導(dǎo)致的。在降溫過(guò)程中,氫鍵斷裂,樣品粒徑逐漸增加。樣品展現(xiàn)了可逆的粒徑隨溫度的變化的趨勢(shì)。三個(gè)pH環(huán)境中,在相同溫度下粒徑接近沒(méi)有明顯差別,說(shuō)明該樣品的粒徑對(duì)于pH改變不是特別敏感。


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        圖3. 不同pH環(huán)境中PNIPAm水凝膠在不同溫度下的Zeta電位曲線


        結(jié)論


        在這個(gè)應(yīng)用報(bào)告中,通過(guò)BeNano 90 Zeta儀器表征了一個(gè)PNIPAm微凝膠樣品在不同pH值條件和不同溫度下的粒徑和Zeta電位信息。結(jié)果表明,樣品的Zeta與環(huán)境pH相關(guān)。不同pH下,樣品具有類(lèi)似的粒徑和pH溫敏特點(diǎn),即隨著溫度升高粒徑降低,而Zeta電位逐漸升高。

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