I. Phản ứng đồng trùng hợp
Phản ứng đồng trùng hợp giữa N-Isopropylacrylamide (NIPAM) và Acrylic Acid (AA) là quá trình tổng hợp copolymer từ hai monomer khác nhau. Phản ứng này được thực hiện trong môi trường nước với chất khơi mào là Ammonium Persulfate (APS). Các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng bao gồm hàm lượng APS, tỉ lệ monomer và nồng độ monomer. Phương pháp FTIR được sử dụng để xác nhận sự hình thành copolymer thông qua sự xuất hiện của đỉnh -C=O tại 1713 cm⁻¹, đại diện cho nhóm carboxyl của AA. Phản ứng đồng trùng hợp này có ý nghĩa quan trọng trong việc tạo ra các vật liệu polymer thông minh, ứng dụng trong y học và nông nghiệp.
1.1. Cơ chế phản ứng
Cơ chế phản ứng của phản ứng đồng trùng hợp bao gồm ba giai đoạn chính: khơi mào, phát triển mạch và ngắt mạch. Giai đoạn khơi mào bắt đầu với sự phân hủy APS tạo thành gốc tự do, sau đó gốc tự do này tấn công vào liên kết đôi của monomer. Giai đoạn phát triển mạch diễn ra khi các monomer liên tục kết hợp với gốc tự do, tạo thành chuỗi polymer. Giai đoạn ngắt mạch xảy ra khi các gốc tự do kết hợp với nhau, kết thúc quá trình phản ứng. Cơ chế phản ứng này được nghiên cứu kỹ lưỡng để tối ưu hóa hiệu suất tổng hợp copolymer.
1.2. Yếu tố ảnh hưởng
Các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng đồng trùng hợp bao gồm hàm lượng APS, tỉ lệ NIPAM/AA và nồng độ monomer. Hàm lượng APS ảnh hưởng đến tốc độ khơi mào và hiệu suất phản ứng. Tỉ lệ NIPAM/AA quyết định cấu trúc và tính chất của copolymer, với tỉ lệ 95/5 đến 80/20 làm tăng đường kính thủy động học từ 170,8 đến 496,1 nm. Nồng độ monomer ảnh hưởng đến độ nhớt của hệ phản ứng và tốc độ phát triển mạch. Khảo sát hóa học các yếu tố này giúp tối ưu hóa quá trình tổng hợp.
II. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu trong đồ án tốt nghiệp này bao gồm các kỹ thuật phân tích hiện đại như FTIR, DLS và DSC. FTIR được sử dụng để xác định cấu trúc hóa học của copolymer thông qua các đỉnh phổ đặc trưng. DLS đo đường kính thủy động học của copolymer, cung cấp thông tin về kích thước hạt. DSC được sử dụng để nghiên cứu động học phản ứng, xác định năng lượng hoạt hóa và mô hình động học. Các phương pháp này giúp đánh giá toàn diện tính chất và hiệu suất của phản ứng đồng trùng hợp.
2.1. Phương pháp FTIR
Phương pháp FTIR được sử dụng để xác nhận sự hình thành copolymer thông qua sự xuất hiện của đỉnh -C=O tại 1713 cm⁻¹, đại diện cho nhóm carboxyl của AA. Phổ FTIR cũng cho thấy sự thay đổi cấu trúc hóa học khi tỉ lệ NIPAM/AA thay đổi. Phương pháp FTIR là công cụ quan trọng trong nghiên cứu hóa học polymer, giúp xác định thành phần và cấu trúc của sản phẩm.
2.2. Phương pháp DLS
Phương pháp DLS được sử dụng để đo đường kính thủy động học của copolymer. Kết quả cho thấy khi tỉ lệ NIPAM/AA thay đổi từ 95/5 đến 80/20, đường kính thủy động học tăng từ 170,8 đến 496,1 nm. Phương pháp DLS cung cấp thông tin quan trọng về kích thước hạt và sự phân bố kích thước, giúp đánh giá tính chất vật lý của copolymer.
III. Ứng dụng và ý nghĩa
Phản ứng đồng trùng hợp giữa NIPAM và AA có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực như y học, nông nghiệp và công nghiệp. Copolymer tổng hợp được có tính chất nhạy nhiệt và nhạy pH, phù hợp cho việc phát triển các hệ thống vận chuyển thuốc và hydrogel lưu trữ phân bón. Nghiên cứu hóa học này cung cấp cơ sở lý thuyết và thực nghiệm để tối ưu hóa quá trình tổng hợp, góp phần vào sự phát triển của các vật liệu thông minh.
3.1. Ứng dụng trong y học
Copolymer tổng hợp từ NIPAM và AA được ứng dụng trong y học như hệ thống vận chuyển thuốc nhờ tính chất nhạy nhiệt và nhạy pH. Hóa học ứng dụng trong lĩnh vực này giúp kiểm soát việc giải phóng thuốc một cách hiệu quả, mang lại lợi ích lớn cho ngành y tế.
3.2. Ứng dụng trong nông nghiệp
Copolymer cũng được sử dụng trong nông nghiệp như hydrogel lưu trữ phân bón. Hóa học ứng dụng trong lĩnh vực này giúp cải thiện hiệu quả sử dụng phân bón, giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường.
