Μελέτη αποδέσμευσης ιόντων δισθενούς χαλκού σπό σύμπλοκα πολυηλεκτρολυτών με αντίθετα φορτισμένες επιφανειοδραστικές ενώσεις
Loading...
Date
2009-12-22T10:17:41Z
Authors
Οικονόμου, Ευδοκία
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Στην παρούσα διατριβή διερευνήθηκαν οι παράμετροι που ελέγχουν τη δέσμευση/αποδέσμευση ιόντων Cu2+ ή/και κατιοντικών επιφανειοδραστικών ενώσεων, όπως το βρωμιούχο δεκαεξυλοτριμεθυλαμμώνιο (CTAB) ή το βρωμιούχο δεκαεξυλοτριμεθυλo φοσφώνιο (PC16) από αντίθετα φορτισμένους πολυηλεκτρολύτες. Mελετήθηκαν διαφορετικές πολυμερικές μήτρες που αποτελούνται είτε από εμπορικά διαθέσιμα πολυμερή είτε συντεθήκαν για αυτό το σκοπό, έτσι ώστε να γίνει κατανοητή η επίδραση της χημικής δομής του πολυμερούς στη ταχύτητα δέσμευσης και αποδέσμευσης των δραστικών συστατικών. Καθώς τα ιόντα αυτά έχουν βιοστατική δράση, απώτερος πρακτικός στόχος της διερεύνησης είναι η πιθανή εφαρμογή τέτοιων υβριδικών πολυμερικών υλικών σε υφαλοχώματα που θα εμποδίζουν την απόθεση θαλάσσιων βιοαποθέσεων και θα χαρακτηρίζονται από ιδιότητες «αυτοκαθαρισμού».
Έτσι, παρασκευάστηκαν στατιστικά ή συσταδικά αμφίφιλα συμπολυμερή, στα οποία το υδρόφιλο μονομερές μπορεί να δεσμεύσει τα ιόντα Cu2+ ή/και τις αντίθετα φορτισμένες επιφανειοδραστικές ενώσεις, όπως το στυρενοσουλφονικό νάτριο (SSNa), το μηλεϊνικό (ΜΑc) και το ακρυλικό οξύ (ΑΑ), ενώ το υδρόφοβο μονομερές, το οποίο εισάγεται για τον έλεγχο του ισοζυγίου υδροφιλικότητας/υδροφοβικότητας, είναι ο μεθακρυλικός μεθυλεστέρας (ΜΜΑ). Έτσι, χρησιμοποιήθηκαν ομοπολυμερές PSSNa αλλά και συμπολυμερή του MAc με το SSNa (P(SSNa50-co-MANa). Επιπλέον, για συγκριτικούς λόγους παρασκευάστηκε και το συμπολυμερές του ΜΑc με οξικό βινυλεστέρα, (P(VAc-co-MAc), ενώ χρησιμοποιήθηκε και το εναλλασσόμενο συμπολυμερές του μηλεϊνικού οξέος με αιθυλένιο, P(Eth-alt-MAc). Τα στατιστικά αμφίφιλα συμπολυμερή P(MMAx-co-SSNa), P(MMAx-co-AA) παρασκευάστηκαν με συμπολυμερισμό ελευθέρων ριζών, ενώ τα συσταδικά αμφίφιλα συμπολυμερή PMMAx-b-PSSNa και PSSNa-b-PMMAx παρασκευάστηκαν με πολυμερισμό ελευθέρων ριζών μέσω μεταφοράς ατόμου (ΑΤRP), χρησιμοποιώντας ως μακροεκκινητή είτε PMMA είτε PSSNa, αντίστοιχα. Τα μοριακά βάρη των συμπολυμερών χαρακτηρίστηκαν με SEC, ενώ η χημική τους δομή ταυτοποιήθηκε με 1H-NMR και FT-IR. Η εκατοστιαία σύσταση των συμπολυμερών σε μονάδες ΜΜΑ, x, κυμαίνεται στην περιοχή 10-65 mol%, όπως προσδιορίστηκε με 1H-NMR και TGA. Από τη συγκριτική μελέτη της αυτοοργάνωσης σε υδατικό διάλυμα των συσταδικών και των στατιστικών αμφίφιλων συμπολυμερών, P(MMAx-co-SSNa) και PSSNa-b-PMMAx) με ιχνηθέτηση με φθορίζοντες ιχνηθέτες διαπιστώθηκε πως τα συσταδικά συμπολυμερή εμφανίζουν σημαντικότερη τάση αυτοοργάνωσης, καθώς έχουν σημαντικά μικρότερη κρίσιμη συγκέντρωση μικκυλοποίησης και χαρακτηρίζονται από υψηλότερα επίπεδα υδροφοβικότητας.
Η δέσμευση των ιόντων Cu2+ από τα παραπάνω συμπολυμερή σε αραιά υδατικά διαλύματα πραγματοποιήθηκε μέσω ιονoανταλλαγής χρησιμοποιώντας τη μετά νατρίου άλατος μορφή των συμπολυμερών ή μέσω εξουδετέρωσης της όξινης μορφής των συμπολυμερών με Cu(OH)2 και διερευνήθηκε με φυσικοχημικές μεθόδους, όπως η θολομετρία, η ιξωδομετρία τριχοειδούς και η φασματοσκοπία υπεριώδους-ορατού. Διαπιστώθηκε πως σε αραιά διαλύματα η δέσμευση των ιόντων Cu2+ οδηγεί σε συρρίκνωση των πολυμερικών αλυσίδων (ιξωδομετρία τριχοειδούς). Μάλιστα, σε αντίθεση με τα συμπολυμερή που περιέχουν SSNa, στα πολυμερή που περιέχουν καρβοξυλικές ομάδες, η συρρίκνωση είναι ιδιαίτερα ισχυρή και οδηγεί σε διαχωρισμό φάσεων καθώς η αναλογία των ιόντων Cu2+ προς τις καρβοξυλικές ομάδες προσεγγίζει τη στοιχειομετρία (θολομετρία), ως αποτέλεσμα του σχηματισμού συμπλόκων ένταξης μεταξύ των ιόντων Cu2+ και των καρβοξυλικών ομάδων (φασματοσκοπία υπεριώδους-ορατού). Μάλιστα, στην περίπτωση του P(Eth-alt-MAc), η φασματοσκοπία υπεριώδους-ορατού έδωσε σαφείς ενδείξεις για το σχηματισμό διπύρηνων συμπλόκων χαλκού με τις ομάδες καρβοξυλίου, τα οποία έχουν τη δυνατότητα να δράσουν ως σταυροδεσμοί δικτυώνοντας τις πολυμερικές αλυσίδες. Ως αποτέλεσμα, σε ημιαραιά διαλύματα σχηματίζονται υδροπηκτώματα. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον έχει το γεγονός πως οι ιξωδοελαστικές ιδιότητες των σχηματιζόμενων υδροπηκωτμάτων εξαρτώνται σημαντικά από το χρόνο ανάμιξης των συμπολυμερών με τα ιόντα Cu2+.
Στην επόμενη φάση διερευνήθηκε ο σχηματισμός μικτών συσσωματωμάτων (συμπλόκων) μεταξύ των πολυηλεκτρολυτών που περιέχουν SSNa και της αντίθετα φορτισμένης επιφανειοδραστικής ένωσης, CTAΒ. Στην περίπτωση του ομοπολυμερούς PSSNa ή των συσταδικών αμφίφιλων συμπολυμερών PSSNa-b-PMMAx παρατηρείται διαχωρισμός φάσεων, καθώς η αναλογία των αλληλεπιδρώντων ειδών προσεγγίζει τη στοιχειομετρία φορτίων. Αντίθετα, όταν χρησιμοποιούνται τα στατιστικά αμφίφιλα συμπολυμερή P(MMAx-co-SSNa) με x=33-47mol%, σχηματίζονται ιξώδη διαλύματα ή ασθενή πηκτώματα. Η ρεολογική διερεύνηση του φαινόμενου κατέδειξε πως εξαρτάται από τη συγκέντρωση του πολυμερούς, τη γραμμομοριακή αναλογία CTAΒ/SSNa και την ιοντική ισχύ του υδατικού διαλύματος.
Πριν τις τελικές δοκιμές σε πραγματικές συνθήκες παρασκευάστηκαν αιδιάλυτα στο νερό υβριδικά υλικά πολυμερούς-χαλκού, ενδεχομένως παρουσία CTAΒ ή PC16 χρησιμοποιώντας όλες τις προηγούμενες οικογένειες συμπολυμερών αλλά και εμπορικά διαθέσιμα πολυμερή αντίστοιχης δομής. Χρησιμοποιώντας κατάλληλο εκλεκτικό αντιδραστήριο (bathocuproine) μελετήθηκε φωτομετρικά η αποδέσμευση των ιόντων Cu2+ σε υδατικό διάλυμα NaCl 1 M. Έτσι, διευκρινίστηκε η επίδραση διαφόρων παραγόντων στο ρυθμό αποδέσμευσης των ιόντων Cu2+, όπως η ύπαρξη υδρόφοβων μονομερών, το είδος και το ποσοστό αυτών, η αρχιτεκτονική (στατιστική ή συσταδική) των συμπολυμερών, η εισαγωγή και το είδος της επιφανειοδραστικής ένωσης, ο τρόπος εισαγωγής και το είδος της αλληλεπίδρασης με τα ιόντα Cu2+.
Στο τελευταίο στάδιο, διερευνήθηκε η συμβατότητά/αναμιξιμότητα των παρασκευασθέντων βιοστατικών υλικών με τυπικές πολυμερικές μήτρες που μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε υφαλοχρώματα. Στις περιπτώσεις που διαπιστώθηκε ικανοποιητική συμβατότητα/αναμιξιμότητα (συστήματα PSSNa/CTAB, PSSNa/PC16, P(SSNa50-co-MANa)/CuPC16, P(VAc-co-MANa)/Cu) και ήταν εφικτό, παρασκευάστηκαν τα αντίστοιχα υφαλοχρώματα. Η συμπεριφορά αυτών των υφαλοχρωμάτων διερευνήθηκε εργαστηριακά με ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης (SEM), όσον αφορά τις μορφολογικές μεταβολές της επιφάνειας και τις μεταβολές του πάχους του χρώματος σε επιταχυνόμενες συνθήκες αποδέσμευσης βιοστατικού (υδατικό διάλυμα 5M NaCl). Επίσης, μελετάται και η συμπεριφορά τους σε πραγματικές συνθήκες με τη βοήθεια ειδικής διάταξης σε ελεγχόμενο θαλάσσιο χώρο.
Description
Keywords
Χαλκός, Αποδέσμευση, Επιφανειοδραστική ένωση, Σύμπλοκα, Πολυηλεκτρολύτες, Χρώματα, Αμφίφιλα συμπολυμερή, Βιοστατικά