MỞ ĐẦU Trong cuộc sống hiện đại, polime gắn bó mật thiết đối với mọi ngành, Thiều Thị Hương 4 Lớp: K34A-SP Hoá Tieu luan Khoá luận tốt nghiệp Trường ĐH Sư Phạm Hà Nội 2 mọi lĩnh vực của sản xuất cũng nhƣ trong sinh hoạt của ngƣời dân do những tính chất ƣu việt của nó (độ bền cao, khả năng uốn dẻo, độ bền kéo đứt cao…), trong công nghiệp và đặc biệt là trong lĩnh vực y sinh. Chức năng điều trị bệnh phụ thuộc vào dƣợc chất, nhƣng hiệu quả điều trị bệnh còn phụ thuộc nhiều vào tá dƣợc đi kèm. Do đó, trong công nghệ bào chế dƣợc phẩm, tá dƣợc đóng một vai trò rất quan trọng và không thể thiếu. Công nghệ bào chế dƣợc phẩm ngày càng hiện đại, yêu cầu về phƣơng diện hiệu quả trị bệnh, thuận tiện, an toàn trong sử dụng…đối với thuốc ngày càng cao đòi hỏi tá dƣợc phải có những tính chất phù hợp không những với công nghệ, thiết bị bào chế mà còn phù hợp với yêu cầu cụ thể về khả năng tƣơng thích của tá dƣợc với hoạt chất, không làm biến đổi hoạt chất của từng loại thuốc, yêu cầu về các tính chất nhƣ: tính kết dính, độ trơn chảy, hoà tan, khả năng trƣơng nở, phân rã, thời gian phân rã nhanh hoặc chậm…Chính vì thế mà trên thế giới, từ các nguồn nguyên liệu khác nhau ngƣời ta nghiên cứu tạo ra những tá dƣợc khác nhau, và thậm chí ngay cả từ cùng một nguồn nguyên liệu ban đầu, qua các phƣơng pháp tổng hợp, biến tính khác nhau ngƣời ta cũng tạo ra đƣợc nhiều loại tá dƣợc có các công dụng khác nhau để sử dụng trong bào chế dƣợc phẩm.
Trong số đó phải kể đến PMMA, nó đƣợc sử dụng để tạo các hạt nano hoặc micro trong một số lĩnh vực y sinh. PMMA nhƣ một chất mang để nhả thuốc ngày càng tăng. Những ứng dụng y sinh tiềm năng của các hạt PMMA nhƣ là một chất bổ trợ cho vắc xin và là chất mang đối với nhiều loại thuốc nhƣ: thuốc kháng sinh, chất chống oxi hoá, chất chống ung thƣ, thuốc chống nấm. Hơn nữa, PMMA và các dẫn xuất của nó đƣợc ứng dụng làm tá dƣợc bao phim bao phim.
Copolime của MMA và MAA làm tá dƣợc bao phim nhả thuốc trong khoảng pH từ 3 đến 8, diễn ra rất nhanh ở pH >6. Copolyme của Thiều Thị Hương 5 Lớp: K34A-SP Hoá Tieu luan Khoá luận tốt nghiệp Trường ĐH Sư Phạm Hà Nội 2 axit metacrylic và MMA đƣợc sử dụng làm hệ mang Cisplatin. PMMA vi bao bọc natri diclofenac đƣợc sử dụng để điều khiển quá trình nhả thuốc trong dạ dày, ở ruột non… Chính vì tính thiết thực của PMMA nêu ở trên nên em đã thực hiện đề tài: ‘‘ Nghiên cứu tổng hợp poly metylmetacrylat bằng phương pháp trùng hợp nhũ tương”. Tóm tắt lí thuyết trùng hợp 1.
Phản ứng trùng hợp [1] Thiều Thị Hương 6 Lớp: K34A-SP Hoá Tieu luan Khoá luận tốt nghiệp Trường ĐH Sư Phạm Hà Nội 2 Phản ứng trùng hợp là một quá trình trong đó các phân tử nhỏ (monome) kết hợp với nhau tạo thành một phân tử lớn (polyme) có phân tử lƣợng cao. Phản ứng trùng hợp polyme có thể xảy ra theo nhiều cơ chế khác nhau nhƣ: cơ chế gốc, cơ chế cation, cơ chế anion…Trong đó trùng hợp theo cơ chế gốc tự do có nhiều ứng dụng trong công nghiệp nhất. Trùng hợp gốc: Phản ứng trùng hợp các hợp chất chƣa no nhƣ olefin, các đien, các dẫn xuất axit chƣa no… với sự có mặt của gốc tự do và sự lớn mạch phân tử bắt đầu bằng sự kết hợp của monome với gốc tự do để hình thành đại phân tử. Các giai đoạn của phản ứng trùng hợp gốc a.
Giai đoạn khơi mào Giai đoạn này gồm hai phản ứng: hình thành gốc khơi mào và đƣa gốc khơi mào tới monome để hình thành gốc monome. Chất khơi mào (I) 2R (gốc khơi mào) (1) Ki R CH2 CH R CH2 CH X X (2) b. Giai đoạn phát triển mạch Bao gồm các phản ứng phát triển mạch, đó là quá trình đƣa gốc monome tới monome khác theo cách đƣa lần lƣợt các gốc oligome tới monome. Mỗi bƣớc cộng ƣu tiên theo hƣớng cộng đầu tới đuôi nhƣ phản ứng (3), (4) R CH2 CH CH2 CH Kp R CH2 CH CH2 CH X X X X (3) Kp R CH2 CH CH2 C H CH2 CH R CH2 CH CH2 CH n1 n X X X X X (4) Thiều Thị Hương 7 Lớp: K34A-SP Hoá Tieu luan Khoá luận tốt nghiệp Trường ĐH Sư Phạm Hà Nội 2 Điều này là do sự kết hợp hiệu ứng không gian và hiệu ứng electron, lực đẩy không gian ƣu tiên sự tấn công của gốc tự do vào cacbon ở nối đôi có độ cản trở không gian nhỏ nhất và hiệu ứng electron làm ổn định gốc tự do sinh ra.
Giai đoạn ngắt mạch Giai đoạn phát triển mạch tiếp tục cho đến khi có một số phản ứng ngắt mạch xảy ra. Hai con đƣờng chính mà sự ngắt mạch có thể xảy ra trong trùng hợp gốc tự do là kết hợp gốc (5) và phản ứng dị li (6) + Phản ứng kết hợp K 2R CH2 CH CH2 CH tc n X X R CH2 CH CH2 CH CH CH2 CH CH2 R n n X X X X (5) + Phản ứng dị li K CH2 CH td 2R CH2 CH n X X R CH2 CH CH CH R CH2 CH CH2 CH2 n n X X X X (6) d. Phản ứng chuyển mạch Trong trùng hợp gốc ngoài các phản ứng cơ bản đã trình bày ở trên thƣờng kèm theo phản ứng chuyển mạch. Phản ứng này làm mạch polyme ngừng phát triển nhƣng đồng thời sinh ra một gốc tự do mới.
+ Chuyển mạch lên monome ~ CH2 CH CH2 CH ~ CH2 CH2 CH2 C X X X X (7) + Chuyển mạch lên dung môi Thiều Thị Hương 8 Lớp: K34A-SP Hoá Tieu luan Khoá luận tốt nghiệp Trường ĐH Sư Phạm Hà Nội 2 Ví dụ dung môi là CCl4: ~ CH2 CH CCl4 ~ CH2 CH Cl CCl3 X X (8) CCl3 CH2 CH Cl3C CH CH X X (9) + Chuyển mạch lên chất khơi mào Ví dụ: chất khơi mào là tert – butyl peoxit CH3 CH3 CH3 C O OH ~ CH2 CH CH3 C O O ~ CH2 CH2 CH3 X CH3 X (10) CH3 CH3 CH3 C O O CH2 CH CH3 C O O CH2 CH CH3 X CH3 X (11) + Chuyển mạch lên polyme: ở phản ứng có độ chuyển hóa cao sẽ xảy ra phản ứng chuyển mạch lên polyme. ~ CH2 CH ~ ~CH2 CH ~ CH2 CH2 ~ CH2 CH~ X X X X (12) X ~ CH2 C~ CH2 CH ~ CH2 C~ X X CH2 CH X (13) Các kí kiệu là: Kd: Hằng số tốc độ phản ứng phân hủy chất khơi mào. Ki: Hằng số tốc độ phản ứng khơi mào. Kp: Hằng số tốc độ phát triển mạch.
Ktc: Hằng số tốc độ phản ứng ngắt mạch kiểu kết hợp. Ktd: Hằng số tốc độ phản ứng đứt mạch kiểu dị li. Thiều Thị Hương 9 Lớp: K34A-SP Hoá Tieu luan Khoá luận tốt nghiệp Trường ĐH Sư Phạm Hà Nội 2. R : Gốc tự do.
Động học của quá trình trùng hợp gốc tự do Nếu thừa nhận nồng độ của chất khơi mào là [I] thì tốc độ phân hủy chất khơi mào vd là: vd = Kd. Tốc độ khơi mào vi là: d[ R ] vi = = 2. [I] (15) dt Trong đó: f là hiệu suất khơi mào (có nghĩa là phần các gốc khơi mào mà thực tế tham gia giai đoạn phát triển mạch) Các gốc khơi mào tham gia giai đoạn phát triển mạch f= Các gốc khơi mào đƣợc tạo ra Do sự khác nhau về khả năng phản ứng của các gốc đang phát triển là. rất nhỏ, do đó có thể bỏ qua và sử dụng đại lƣợng [R ] để biểu diễn chung các gốc trong hệ.
Thừa nhận f không thay đổi trong quá trình trùng hợp, tốc độ vi tỉ lệ thuận với đại lƣợng [I], vậy tốc độ biến mất các gốc vt là: d[ R ]. [I] (17) Thiều Thị Hương 10 Lớp: K34A-SP Hoá Tieu luan Khoá luận tốt nghiệp Trường ĐH Sư Phạm Hà Nội 2 .K d [ I ] 1 2 [R ] = (18) K tc K td Tốc độ trùng hợp v tỉ lệ thuận với tốc độ biến thiên của monome, do đó: v = vi + vp (19) vi rất nhỏ với vp nên:. [M] (21) K tc K td Theo lí thuyết tốc độ trùng hợp tỷ lệ với căn bậc hai của nồng độ chất khởi đầu, và tỷ lệ tuyến tính với nồng độ monome. Chiều dài trung bình mạch động học (V) Khi không có sự chuyển mạch thì V đƣợc định nghĩa là số lƣợng monome trung bình trên một mạch polime, đƣợc xác định bằng tỉ số giữa số phân tử monome đƣợc tiêu thụ và số phần tử hoạt động, tức bằng tỉ số của tốc độ trùng hợp và tốc độ khơi mào: v V= (22) vi Tại trạng thái dừng (vi = vt) thì: v V= (23) vt Thay (16), (21) vào (23) ta đƣợc: K p [M ] V= 2( f ( K tc K td ) K d [I])1/ 2 (24) Thiều Thị Hương 11 Lớp: K34A-SP Hoá Tieu luan Khoá luận tốt nghiệp Trường ĐH Sư Phạm Hà Nội 2 Ta thấy, nếu f và [I] tăng, tức nồng độ của chất khơi mào và hiệu suất khơi mào tăng thì chiều dài trung bình của mạch polyme giảm (bởi sự lớn lên về số mạch làm tăng quá trình ngắt mạch).
Do đó thay đổi nồng độ chất khơi mào là một trong những cách thay đổi khối lƣợng phân tử của monome. Một số yếu tố ảnh hưởng lên quá trình trùng hợp gốc a. Ảnh hƣởng của nhiệt độ Nói chung tất cả các phản ứng trùng hợp đều là phản ứng toả nhiệt, khi tăng nhiệt độ, tốc độ phản ứng tăng và phụ thuộc vào hiệu ứng nhiệt. Khi nhiệt độ tăng thì làm tăng tất cả các phản ứng hoá học kể cả các phản ứng cơ sở trong quá trình trùng hợp.
Việc tăng vận tốc quá trình làm hình thành các trung tâm hoạt động và vận tốc phát triển mạch lớn, do đó làm tăng quá trình chuyển hoá monome thành polyme và đồng thời cũng làm tăng vận tốc của phản ứng đứt mạch dẫn đến làm giảm khối lƣợng phân tử trung bình của polyme nhận đƣợc. Ảnh hƣởng của nồng độ chất khơi mào Khi tăng nồng độ chất khơi mào, số gốc tự do tạo thành khi phân hủy cũng tăng lên dẫn đến làm tăng số trung tâm hoạt động, do đó vận tốc trùng hợp chung cũng tăng nhƣng khối lƣợng phân tử trung bình của polyme tạo thành giảm (phƣơng trình (24)).