سنتز هیدروژل های کربوکسی متیل سلولز / اکریلیک اسید با خواص سوپر جاذب

هیدروژل های سوپرجاذب با تابش گاما از محلول های آبی کربوکسی متیل سلولز (CMC) و اسید اکریلیک (AAc) به صورت متفاوت تهیه شدند. با جایگزینی جزئی CMC با AAc، ژل شدن افزایش یافت و منجر به کسر ژل بالاتر و جذب آب کمتر شد. علاوه بر این، ژل شدن به شرایط سنتز بسیار ملایم تری نیاز داشت. کاهش دوز و غلظت املاح در حضور AAc منجر به ایجاد ژل‌هایی با کسر ژل بالاتر و درجه تورم بالاتر در مقایسه با ژل‌های کربوکسی متیل سلولز خالص شد. افزایش محتوای AAc تا ۱۰٪ بسیار موثر بود، در حالی که محتوای بسیار بالای AAc (بیش از ۵۰٪) روند ژل شدن را مختل کرد.

سنتز هیدروژل های کربوکسی متیل سلولز / اکریلیک اسید با خواص سوپر جاذب توسط پیوند صاف آغاز شده با تابش

کربوکسی متیل سلولز (CMC) یکی از عمده ترین مشتقات کم هزینه و تجاری موجود از سلولز با طیف وسیعی از کاربردهای صنعتی است. یک کاربرد بالقوه جالب، تهیه هیدروژل با خواص سوپرجاذب است. CMC دارای چندین ویژگی سودمند برای سنتز ژل است، مانند حلالیت خوب در آب و حضور گروه های هیدروکسیل و کربوکسی متیل فعال. ماهیت غیر سمی و زیست سازگاری چنین ژل هایی برای کاربردهای زیست پزشکی مفید است.

علاوه بر این، زیست تخریب پذیری خوب آن در خاک برای استفاده از آن در کشاورزی و جنگلداری سودمند است. ژل های مشتق سلولز از محلول های آبی با چندین روش اتصال عرضی تهیه می شوند. در حالی که عوامل متداول اتصال متقابل مانند دی وینیل سولفون و اپی کلروهیدرین برای اتصال عرضی شیمیایی CMC موثر هستند، آنها بیشتر برای سنتز ژل های مختلف کوپلیمر CMC استفاده می شوند. با این حال، ژل های CMC خالص نیز با چندین اتصال دهنده غیر سمی مانند اسید سیتریک و اسید فوماریک تهیه شدند. ژل شدن را می توان بدون اتصال دهنده های عرضی با اتصال عرضی رادیکال آزاد نیز به دست آورد. علاوه بر این، با تابش پر انرژی، هیچ آغازگری برای سنتز مورد نیاز نیست.

علاوه بر ژل کربوکسی متیل سلولز خالص، کوپلیمرهایی با مونومرهای دیگر مانند آکریل آمید یا اسید اکریلیک (AAc) نیز تهیه شد. هیدروژل های کربوکسی متیل سلولز/آکریلیک اسید قبلاً با استفاده از سیستم عامل/ آغازگر پیوند متقابل و تابش پرتو الکترونی سنتز شده بودند. در روش اخیر ژل هایی با کسر ژل بالا و خاصیت تورم متوسط ​​با موفقیت تهیه شد. با این حال، باید توجه داشت که از غلظت نسبتاً کم کربوکسی متیل سلولز (۴٫۲ w/v% در مقابل غلظت اسید اکریلیک ۱۰-۵۰ w/v%) استفاده شد و دوزهای جذب بالا (۵۰-۸۰ kGy) مورد نیاز بود. از آنجایی که محلول‌های غلیظ خالص کربوکسی متیل سلولز نیز می‌توانند ژل‌هایی را با غلظت بالا تشکیل دهند.

 تابش انرژی، ژل شدن محلول های CMC/AAc با محتوای AAc کم نیز باید مورد بررسی قرار گیرد.

در کار حاضر ما ژل‌هایی را با استفاده از محلول‌های آبی با غلظت بالا کربوکسی متیل سلولز و اسید اکریلیک با نسبت‌های مخلوط مختلف تهیه کردیم. هدف از این کار ایجاد ژل در شرایط سنتز ملایم تر و دستیابی به خواص ژل بهتر در مقایسه با ژل های CMC خالص است.

غلظت املاح

اثر غلظت املاح (CMCþAAc) با نسبت های مختلف مخلوط CMC/AAc در دو دوز مختلف مورد بررسی قرار گرفت. محلول‌های بدون AAc با ۲۰ کیلوگری ژل در محدوده غلظت ۱۰ تا ۴۰ w/w٪، با بالاترین کسر ژل برای محلول‌های ۱۵-۳۰ w/w٪ اندازه‌گیری شد. در محلول‌های رقیق، فواصل نسبتاً زیاد بین زنجیره‌های پلیمری منفرد مانع از فرآیند اتصال عرضی می‌شود، در حالی که در غلظت‌های بالا تحرک زنجیره کم به دلیل ویسکوزیته بالا تأثیر منفی بر ژل شدن دارد. افزودن AAc به طور قابل توجهی تشکیل پیوند متقابل را افزایش داد و ژل شدن حتی در غلظت ۵ درصد وزنی املاح رخ داد. کسر ژل با محتوای املاح تا ۱۵ درصد وزنی افزایش یافت که با کاهش جزئی همراه بود. افزایش نسبت AAc به ۳۰٪ باعث بهبود بیشتر GF شد. علاوه بر این، کاهش آن در غلظت های بالا کمتر بود. این را می توان با افزایش کوچکتر ویسکوزیته با غلظت املاح در مقایسه با ژل های CMC خالص به دلیل محتوای ماکرومولکول CMC کمتر و pH پایین تر توضیح داد.

در ۵ کیلوگری، در محلول های بدون AAc تشکیل ژل وجود نداشت. در مقابل، محلول‌های CMC/AAc به کسر ژل نسبتاً بالایی در محدوده غلظت املاح گسترده رسیدند. در حالی که کسر ژل شده کوچکتر از ۲۰ کیلوگری بود، هنوز به طور قابل توجهی بالاتر از ژل های CMC خالص بود. علاوه بر این، در حالی که محلول‌های با محتوای AAc 30 درصد کسر ژل بالاتری در غلظت‌های املاح بالاتر داشتند، حداکثر کسر ژل به‌دست‌آمده در ۱۰ درصد وزنی تقریباً برای هر دو نسبت CMC/AAc یکسان بود.

جذب آب با غلظت املاح برای همه ژل ها کاهش یافت. این کاهش به دلیل افزایش چگالی اتصال عرضی با افزایش غلظت املاح است. ژل‌های CMC/AAc نسبت به ژل‌های CMC در غلظت‌های مشابه املاح به دلیل چگالی اتصال عرضی بالاتر، درجه تورم کمتری را نشان دادند. با این حال، ژل‌های کوپلیمر سنتز شده از محلول‌های رقیق (۵ تا ۱۰ درصد وزنی) خواص تورم بهتری نسبت به ژل‌های CMC خالص با بالاترین جذب آب داشتند. کاهش دوز جذب شده به ۵ کیلوگری باعث بهبود بیشتر خواص تورم شد و ۷۰۰-۱۰۰۰ gwater/ggel در غلظت‌های پایین به دست آمد. تورم دو ژل CMC/AAc در غلظت‌های پایین بسیار مشابه بود، در حالی که محلول‌های بیش از ۱۵ درصد وزنی بر وزن با ۱۰ درصد AAc جذب آب بیشتری داشتند. به طور خلاصه، با کاهش دوز و غلظت املاح، هر دو ویژگی ژل در حضور ۱۰٪ AAc بهبود یافت. افزایش محتوای اسید به ۳۰ درصد بیشتر در غلظت های بالاتر املاح مفید بود.

نتیجه گیری

ژل شدن محلول های کربوکسی متیل سلولز / اسید اکریلیک به شرایط سنتز بسیار ملایم تری نسبت به محلول های CMC خالص نیاز داشت. دوز جذب شده مورد نیاز برای ژل شدن کافی با افزایش نسبت AAc کاهش یافت. علاوه بر این، کسر ژل به طور قابل توجهی بالاتر در هزینه جذب آب کمتر به دست آمد. برخلاف محلول‌های CMC، سیستم‌های CMC/AAc ژل شدن خوبی را حتی زیر غلظت املاح ۱۰ w/w٪ نشان دادند. علاوه بر این، تابش ۵-۷٫۵ w/w٪ محلول های CMC/AAc با دوزهای کوچک منجر به ژل هایی با خواص تورم عالی و کسر ژل شد. جایگزینی CMC تا ۱۰% بسیار موثر بود. محتوای بسیار بالای AAc (بیش از ۵۰-۶۰٪) باعث کاهش کسر ژل می شود مگر اینکه از دوزهای جذب شده بالاتر استفاده شود. به طور خلاصه، با جایگزینی بخش کوچکی از CMC با AAc در شرایط سنتز ملایم، هر دو ویژگی ژل می‌تواند به طور همزمان در مقایسه با ژل‌های کربوکسی متیل سلولز خالص به طور قابل توجهی بهبود یابد.