JARC بررسی ویژگیهای گرمایی هیدروژل نانوکامپوزیتی پایه کاراژینان حساس به محیطهای یونی 3 معصومه دارابی 1 و* محمد صادقی 2 و زهرا علی مردان 1- کارشناس ارشد شیمی آلی دبیر آموزش و پرورش کمیجان اراک استان مرکزی ايران 2- دانشیار شیمی پلیمر دانشکده شيمي واحد اراک دانشگاه آزاد اسالمی استان مرکزی ایران 3- کارشناس ارشد شیمی آلی دانشکده شيمي واحد اراک دانشگاه آزاد اسالمی استان مرکزی ایران دریافت: شهریور 1392 بازنگری: مهر 1392 پذیرش: آبان 1392 چکیده: هیدروژل نانوکامپوزیتی با همبسپارش آکریلیک اسید و پلی اتیلن گلیکول بر روی کاراژینان با استفاده از آمونیم پرسولفات به عنوان آغازگر رادیکالی متیلن بیسآکریلآمید به عنوان شبکهساز و مونت موریلونیت به عنوان نانو خاکرس سنتز شد. ساختار هیدروژل و هیدروژل نانوکامپوزیتی سنتز شده با طیف FT-IR و پراش پرتو X تأیید شد. سپس مقدار تورم هیدروژل و هیدروژل نانوکامپوزیتی در آب مقطر و محلولهای نمکی متفاوت مورد بررسی قرار گرفت. مقاومت گرمایی کاراژینان هیدروژل و هیدروژل نانوکامپوزیتی سنتز شده با روشهای TGA و DSC بررسي و مشاهده شد که هیدروژل نانوکامپوزیتی مقاومت گرمایی باالیی نسبت به کاراژینان و هیدروژل دارد. واژههای کلیدی: هیدروژل نانوکامپوزیتی آغازگر شبکه ساز همبسپارش تجزیه گرمایی مقدمه پلیساکاریدها به دلیل ویژگیهای بیمانند زیست سازگاری زیست تخریب پذیری و غیرسمی بودن بخش اصلی هیدروژلهای ابرجاذب طبیعی را تشکیل میدهند. با وجود این هزینه باال و استحکام کم ژل مانع از کاربرد زیاد این دسته از ابرجاذبها شده است. برای رفع این محدودیتها ترکیبهای معدنی با هزینه پایین میتوانند استفاده شوند. وارد کردن پرکنندههای معدنی به بستره یک پلیمر باعث افزایش ویژگیهای مکانیکی آنها میشود. خاکهای معدنی به خاطر اندازه ذرات ریز و ویژگیهای مجتمعکنندگی در تولید نانوکامپوزیتها مورد توجه قرار گرفتهاند. پودرهای معدنی آلومینوسیلیکاتهای آبپوشی شده با گروههای OH فعال در سطح هستند. از برهمکنش پودرهای معدنی با سایتهای فعال پلیمرهای طبیعی و مونومرها نانوکامپوزیتهای ابرجاذب بهدست میآید. كاراژينان پليساكاريدي خطي و دارای گروههای سولفات است كه از گونههاي متفاوت جلبكهاي قرمز دريايي استخراج ميشود. به دليل حضور گروههاي عاملي سولفات و گروههاي هيدروكسيلي در ساختار كاراژينان اين پليساكاريد ویژگی آب دوستي قابل توجهي دارد. ويژگي ديگر كاراژينان ویژگی پليالكتروليتي آن به دليل حضور گروههاي سولفات بر روي پيكره كاراژينان است. وجود گروههاي سولفات ويژگي منحصر به فرد ديگري را هم براي اين پلي ساكاريد به ارمغان آورده است كه در اين مورد ميتوان به خصلت جذب آب باال و حساسيت به نمك هيدروژلهای بهدست آمده از آن اشاره كرد ]1 و 2[. هیدروژلها و هیدروژلهای نانوکامپوزیتی به *عهدهدار مکاتبات: mahsadarabi57@yahoo.com سال هشتم شماره 1 بهار 93 49
... پایه نانوکامپوزیتی هیدروژل گرمایی ویژگیهای بررسی نمکی و آبی محلولهای باالی نگهداری و جذب قدرت دلیل ترین مهم آوردهاند. ارمغان به کشاورزان برای را ارزشمندی فواید در نانوکامپوزیتی هیدروژلهای و هیدروژلها شده گزارش مزایای 4[: و ]3 از عبارتند کشاورزی بخش و درصد 7 مرز تا آبی محلولهای و آب از بهینه استفاده. و آبیاری مراحل کاهش دلیل به آبیاری هزینههای کاهش آبیاری مراحل بین زمانی فاصله افزایش دانههای بین چسبندگی افزایش دلیل به خاک ساختار بهبود. خاک رطوبتی شدید نوسانات از جلوگیری. هدر کاهش دلیل یه خاک سطحی شدن شور از جلوگیری. سطحی آبهای تبخیر و رفتن تبادلی ظرفیت بودن باال دلیل به خاک در کاتیونی تبادل. هیدروژلها دار شیب سطوح و بیابانی مناطق در کشت امکان. شیمیایی سموم و کود از بهینه استفاده. حساس نانوکامپوزیتی هیدروژل و هیدروژل پژوهش این در در استفاده جهت باال نسبت به گرمایی پایداری با یونی محیط به شد. سنتز کشاورزی صنایع تجربی بخش مواد از: عبارتاند شدند استفاده مورد پروژه این در که ترکیبهایی گرفت قرار استفاده مورد تغییر بدون و شکل همان به کاراژینان بیس متیلن )PEG( گلیکول اتیلن پلی و )AA( آکریلیکاسید خالصسازی بدون )APS( سولفات پر آمونیم )MBA( آمید آکریل مونت Na + نوع از نانورس و مرک شرکت از صورت همان به و.Southern Clay(USA( شرکت از )Na-MMT( موریلونیت هیدروژل سنتز مکانيکي همزن به مجهز بشر يک در آب ميليليتر مقدار سپس شد. ريخته داشت قرار شده ثابت دماي با حمام يک در که ثابت دماي در و افزوده بشر به گرم( 1 / )4 کاراژینان از معيني مقدار دو در شود. حل کامل بهصورت تا شد زده هم مکانيکي همزن با MBA آکريلآميد بيس متيلن از مشخصي مقدارهای جداگانه بشر ميليليتر 5 در را گرم( / 3( APS پرسولفات وآمونیم گرم( / 6( از پس شوند. حل کامل طور به تا شد زده هم و ريخته مقطر آب به را )MBA( آکريلآميد متيلنبيس محلول کاراژینان شدن حل آکريليکاسيد مونومر از مشخصي مقدارهای سپس و افزوده بشر افزوده بشر به میلیلیتر( )5 گلیکول پلیاتیلن و ميليليتر( 2 / )2 راديکالي همبسپارش واکنش شروع براي دقيقه يک از پس شد. 7( )C دما همان در شد. افزوده پرسولفات آمونیم محلول واکنش دقيقه( در دور 6 همزن )دور همزدن با همراه و از هیدروژل حاوی بشر سپس شد. تشکيل ژل و انجام همبسپارش مقدار و شده تشکيل ژل شد. سرد محيط دماي تا و خارج آب حمام حل مقطر آب ميليليتر 1 در را هيدروکسيد سديم از مشخصي مدت به مکانيکي همزن با و ریخته واکنش ظرف داخل و کرده خنثي اسيد( )آکريليک اسيدي گروههاي تا شد زده هم دقيقه 5 شدن خنثي واکنش تا ماند باقی ثابت ساعت 1 مدت به ژل شوند. بشر يک در شده سنتز هيدروژل آبگيري منظور به شود. کامل اتانول با هيدروژل تا شد ريخته مقطر اتانول ميليليتر حاوي به و خارج اتانول از شده خشک ژل ساعت 3 از بعد شود. خشک شد داده قرار سانتيگراد درجه 5 دماي با آون در روز دو مدت برای آمده دست به هيدروژل سپس شود. خشک کامل طور به تا ویژگیهای و متفاوت نمکی محلولهای در آن تورم مقدار بررسی ]5[. شد نگهداري رطوبت و نور از دور گرمایی نانوکامپوزیتی هیدروژل سنتز و آکريليکاسيد مونومرهای پيوندي همبسپارش واکنش )APS( پرسولفات باآمونیم کاراژینان روي بر گلیکول پلیاتیلن هب )MBA( بيسآکريلآميد متيلن راديکالي آغازگر عنوان به نانو عنوان به )MMT( موریلونیت مونت و شبکهساز عامل عنوان در آب ميليليتر مقدار گرفت: انجام زير صورت به خاکرس ثابت دماي با حمام يک در که مکانيکي همزن به مجهز بشر يک 93 بهار 1 شماره هشتم سال )JARC( شیمی در کاربردی پژوهشهای نشریه 5
همکاران و دارابی بشر به کاراژینان معيني مقدار سپس شد ريخته داشت قرار شده بهصورت تا شد زده هم مکانيکي همزن با ثابت دماي در و افزوده بشر به موریلونیت مونت از معینی مقدار سپس شود. حل کامل بيس متيلن از مشخصي مقدارهای جداگانه بشر دو در شد. افزوده ريخته مقطر آب ميليليتر 5 در را پرسولفات وآمونیم آميد آکريل متيلن محلول سپس شوند. حل کامل طور به تا شد زده هم و از مشخصي مقدارهای سپس شد. افزوده بشر به آکريلآميد بيس واکنش ظرف به گلیکول پلیاتیلن و اسيد آکريليک مونومرهای همبسپارش واکنش شروع براي دقيقه يک از پس شد. افزوده 7( )C دما همان در شد. افزوده پرسولفات محلولآمونیم راديکالي شد داده اجازه دقيقه( در دور 6 همزن )دور همزدن با همراه و تشکيل نانوکامپوزیتی هیدروژل و انجام همبسپارش واکنش که محيط دماي تا و خارج آب حمام از واکنش ظرف سپس شود. مشخصي مقدار و شده تشکيل نانوکامپوزیتی هیدروژل شد. سرد داخل به و حل مقطر آب ميليليتر 1 در هيدروکسيد سديم از 5 مدت به مکانيکي همزن با سپس شد. ریخته واکنش ظرف خنثي اسيد( )آکريليک اسيدي گروههاي تا شد زده هم دقيقه ماند باقی ثابت ساعت 1 مدت به نانوکامپوزیتی هیدروژل شود. هیدروژل آبگيري منظور به شود. کامل شدن خنثي واکنش تا اتانول ميليليتر حاوي بشر يک در شده سنتز نانوکامپوزیتی نانوکامپوزیتی هیدروژل ساعت 3 از بعد شود. خشک تا شد ريخته دماي با آون در روز دو مدت به و خارج اتانول از شده خشک شود. خشک کامل طور به تا شد داده قرار سانتيگراد درجه 5 آن تورم مقدار بررسی برای آمده دست به نانوکامپوزیتی هیدروژل و نور از دور گرمایی ویژگیهای و متفاوت نمکی محلولهای در ]5[. شد نگهداري رطوبت آب در نانوکامپوزیتی هیدروژل و هيدروژل تورم ميزان اندازهگيري نانوکامپوزیتی هیدروژل و هيدروژل تورم ميزان اندازهگيري براي حاوي بشر يک داخل در جداگانه طور به نمونهها از گرم / 1 مقدار و هيدروژل ساعت 3 از پس شد. ريخته مقطر آب ميليليتر شدند. آورده بیرون نمونهها سپس متورم نانوکامپوزیتی هیدروژل این در شدند. خارج دقيقه 15 گذشت از پس نمونهها اضافي آب دست به متورم نانوکامپوزیتی هیدروژل و هيدروژل وزن حالت نانوکامپوزیتی هیدروژل و هيدروژل )ES( تعادلي تورم ميزان آمد. نمونه وزن بهترتيب W 2 و W 1 که ميشود محاسبه زير فرمول با ]6[. است متورم و خشک ES = در نانوکامپوزیتی هیدروژل و هیدروژل تورم مقدار اندازهگیری متفاوت نمکی محلولهای هیدروژل و هیدروژل جذب یا تورم مقدار اندازهگیری برای روش مانند متفاوت نمکی محلولهای در سنتزی نانوکامپوزیتی هیدروژل و هیدروژل از گرم / 1 مقدار مقطر آب مورد در شده یاد LiCl نمکی محلولهای در جداگانه طور به نانوکامپوزیتی SrCl 2 CaCl 2 MgCl 2 CsCl RaCl KCl NaCl غلظت با Al 2 (SO 4 ) 3 و MgSO 4 Na 2 CO 3 AlCl 3 BaCl 2 افزون آمد. بهدست تعادلی تورم مقدار و شد داده قرار موالر / 1 نانوکامپوزیتی هیدروژل و هیدروژل تعادلی تورم ظرفیت این بر موالر / 25 و / 2 / 15 / 1 / 5 / 2 / 1 غلظتهای در ]7[. شد اندازهگیری نیز AlCl 3 و CaCl 2 NaCl محلولهای بحث و نتیجهها نانوکامپوزیتی هیدروژل به مربوط طیفی مشخصات FT-IR طیف از هیدروژل شیمیایی ساختار تأیید منظور به کاراژینان به مربوط FT-IR طیف 2 و 1 شکلهای شد. استفاده مربوط طیف در میدهد. نشان را کاراژینان پایه هیدروژل و خالص به مربوط 34 cm 1- ناحیه در موجود پیکهای کاراژینان به مربوط 1238 cm 1- پیک است. کاراژینان هیدروکسیل گروههای 9 867 در شده مشاهده پیکهای سولفات استر پیوندهای به D -گالکتوز- 4 - پیوندهای به مربوط ترتیب به 153 cm 1- و موجود گلیکوزیدی پیوندهای و 3 و 6 -انیدرو- D -گاالکتوز سولفات پيك هیدروژل به مربوط طیف در است. کاراژینان زنجیره در موجود اسید کربوکسیلیک گروه کربونیل به مربوط 1698 cm 1-93 بهار 1 شماره هشتم سال )JARC( شیمی در کاربردی پژوهشهای نشریه 51
... پایه نانوکامپوزیتی هیدروژل گرمایی ویژگیهای بررسی ارتعاش به مربوط 1546 cm 1- پیک است. پلیمر زنجیره روی cm 1- پیک کربوکسیالت آنیون C=O پیوند نامتقارن کششی آنیون C=O پیوند متقارن کششی ارتعاش به مربوط 145 مربوط 1115 cm 1- در شده مشاهده پیک است. کربوکسیالت زنجیره روی بر شده تشکیل اتری C-O پیوند کششی ارتعاش به داده نشان نانوکامپوزیتی هیدروژل طیف 2 شکل در است. پلیمر پیوند کششی ارتعاش به مربوط 1716 cm 1- پیک است. شده ارتعاش به مربوط 1312 cm 1- پیک سیلیکات استر گروه C=O مربوط 149 cm 1- پیک سیلیکات استر C-O پیوند کششی 516 cm 1- پیک سیلیکات استر Si-O پیوند کششی ارتعاش به ]8[. است سیلیکات استر Si-O پیوند خمشی ارتعاش به مربوط عیف- 1 ؿىل خبلق وبساطی بى ث هشث ط خالص کاراژینان به مربوط FT-IR طیف 1 شکل نانوکامپوزیتی هیدروژل به مربوط FT-IR طیف شکل 3 - X پرتو پراش سنجی طیف بررسی نتیجههای چگونگی تعیین و نانوکامپوزیتی هیدروژل ساختار بررسی برای از آن در موریلونیت مونت الیهای سیلیکاتهای آرایش و توزیع استفاده 2θ حسب بر 12 تا 3 ناحیه در )XRD) X پرتو پراش آزمون مونت هیدروژل کاراژینان برای را XRD الگوهای 4 شکل شد. که همانطور میدهد. نشان نانوکامپوزیتی هیدروژل و موریلونیت در پیک یک دارای شده استفاده موریلونیت مونت میشود مشاهده نانوخاکرس صفحههای فاصله اساس این بر که است 2θ = 5 / 76 نشان نانوکامپوزیت X پرتو پراش الگوی است. آنگستروم 15 / معادل 4 صفحههای کامل پراکنش گویای حال عین در و پیک این حذف از نوع از نانوکامپوزیتی شکلگیری و هیدروژل بستر در خاکرس نانو است.درهیدروژلنانوکامپوزیتیفاصلهبینالیهها 1 پراکنشیکنواخت از بیشتر هیدروژل و موریلونیت مونت بین برهمکنش نتیجه در زیاد پخش دلیل به و میشود سیلیکاتی الیههای بین واندروالسی نیروهای ]9[. میشود تشکیل پراکنده ساختار هیدروژل در سیلیکاتی الیههای نانوکامپوزیت کارژینان هیدروژل شدت 2θ ) ( عیف- 1 ؿىل خبلق وبساطی بى ث هشث ط کاراژینان پایه بر شده سنتز هیدروژل به مربوط FT-IR طیف 2 شکل ب وبهپ صیتی یذس طل ه سیل یت ه ت یذس طل وبساطی بى ؿىل 4 - و موریلونیت مونت هیدروژل کاراژینان X پرتو پشت پشاؽ پراش ػ دی عیف الگوهای و داس 4 شکل نانوکامپوزیتی هیدروژل 1. Exofoliated Delaminated 93 بهار 1 شماره هشتم سال )JARC( شیمی در کاربردی پژوهشهای نشریه 52
دارابی و همکاران 8 7 6 5 4 3 1 بررسی اثر حساسيت هیدروژل نانوکامپوزیتی به محلولهاي نمکی همانطورکه در شکلهای 5 تا 1 مشاهده ميشود ميزان تورم هیدروژل و هیدروژل نانوکامپوزیتی آنیونی سنتز شده در محلولهاي نمکي متفاوت در قیاس با مقدار بيشينه اندازهگيري شده آنها در آب مقطر بهشدت کاهش مييابد. دليل اصلي افت تورم در هیدروژل و هیدروژل نانوکامپوزیتی به اثر همپوشاني بار کاتيونها نسبت داده ميشود که سبب عدم برتری دافعه الکتروستاتیکی آنیون- آنیون میشود و درنتیجه اختالف فشار اسمزي بهدست آمده از تفاوت غلظتی یون متحرک بین فاز ژلی و فاز آبی کاهش مييابد. افزون بر اين در مورد کاتيونهاي چند ظرفيتي اثر بار کاتيون بر ميزان تورم مربوط به شبکهاي شدن يوني در سطح ذرات است که سبب کاهش فوقالعاده در ميزان جذب ميشود. افزایش بار یونی محلول خارجی باعث کاهش اختالف فشار اسمزی مابین محلول خارجی و داخلی هیدروژل شده و مقدار تورم کاهش مییابد. Salt Solutions,.1 M شکل 7 ظرفیت تورم هیدروژل در محلولهای نمکی متفاوت کلرید 1 9 8 7 6 5 4 3 1 Salt Solutions,.1 M شکل 8 ظرفیت تورم هیدروژل نانوکامپوزیتی در محلولهای نمکی متفاوت کلرید 35 3 25 15 1 5 NaCl Na2CO3 MgSO4 Al2(SO4(3 7 6 5 NaCl 4 CaCL2 3 AlCl3 1.5.1.15.2.25.3 [Salt] شکل 5 اثر غلظت نمک بر ميزان جذب آب هيدروژل Salt solutions,.1 M شکل 9 اثر قدرت یونی محلولهای نمکی روی ظرفیت تورم هیدروژل 6 5 4 3 1 1 1 8 6 4 NaCl CaCL2 AlCl3 NaCl Na2CO3 MgSO4 Al2(SO4(3 Salt solutions,.1 M.5.1.15.2.25.3 [Salts] شکل 6 اثر غلظت نمک بر ميزان جذب آب هیدروژل نانوکامپوزیتی شکل 1 اثر قدرت یونی محلولهای نمکی روی ظرفیت تورم هیدروژل نانوکامپوزیتی نشریه پژوهشهای کاربردی در شیمی )JARC( سال هشتم شماره 1 بهار 93 53
... پایه نانوکامپوزیتی هیدروژل گرمایی ویژگیهای بررسی مقدار که میدهد نشان متفاوت بررسیهای طرفی از اما اثر تحت بهشدت نانوکامپوزیتی هیدروژل و هیدروژل تورم افزایش با که ترتیب این به میگیرد قرار نیز محیط یونی قدرت میکند پیدا افت بهشدت آب جذب مقدار محیط یونی قدرت نظریهها این که شدهاند بیان ارتباط این در گوناگونی نظریههای بین اسمزی فشار تفاوت به را الکترواستاتیک برهمکنشهای نیروی اسمزی فشار میدهند. ارتباط اطراف محیط و ژلی فاز غلظت افزایش هیدروژلهاست. در آب جذب برای محرکهای ژل حجم کاهش سبب اطراف آبی محیط و ژلی فاز بین یونها تورم مقدار و میکند پیدا چروکیده حالت ژل درنتیجه و میشود ]7[. است بار همپوشانی اثر همان واقع در اثر این مییابد. کاهش گرمايي تجزیه بررسي نتیجههای استفاده با نانوکامپوزیت و هیدروژل کاراژینان گرمايي تجزیه 11 شکلهای در که گرفت قرار بررسي مورد TGA روش از کاراژینان گرمایی پایداری بررسی برای است. شده آورده 13 تا افزایش سانتیگراد درجه 723 / 5 تا 44 / 2 از را ترکیب این دمای و هیدروژل کاراژینان ساختار انرژی و دما افزایش با شد. داده پلیمری زنجیره طول در شکستگی دچار نانوکامپوزیتی هیدروژل درجه 198 / 3 دمای در کاراژینان که داد نشان نتیجهها میشود. حدود سانتیگراد 27 / 4 دمای در و وزنی %8 حدود سانتیگراد درجه 723 / 5 دمای در و است داده دست از را خود وزنی %31 / 5 برای است. مانده باقی کاراژینان وزنی %39 حدود گراد سانتی ترکیب این دمای شده سنتز هیدروژل گرمایی مقاومت بررسی دمانگاشت و داده افزایش سانتیگراد درجه 723 / 5 تا 41 / 2 از را سانتیگراد درجه 8 / دمای در که میدهد نشان هیدروژل وزنی %18 سانتیگراد درجه 266 / دمای در وزنی %11 حدود دمای در و وزنی %33 حدود سانتیگراد درجه 47 / 9 دمای در در است. یافته کاهش آن وزنی %54 حدود سانتیگراد درجه 51 / است. باقیمانده وزنی %42 / 2 حدود سانتیگراد درجه 723 / 5 دمای نانوکامپوزیتی هیدروژل گرمایی مقاومت بررسی برای همچنین داده افزایش سانتیگراد درجه 722 / 9 تا 25 از را دما شده سنتز حدود سانتیگراد درجه 234 / 3 دمای در دما افزایش اثر در شد. وزنی %18 حدود سانتیگراد درجه 282/4 دمای در وزنی %13 / 5 دمای در وزنی %28 حدود سانتیگراد درجه 46 / 9 دمای در درجه 499 / دمای در و وزنی %5 حدود سانتیگراد درجه 415 / 3 722 / 9 دمای در است. یافته کاهش وزنی %5 حدود سانتیگراد سنتز نانوکامپوزیتی هیدروژل وزنی %45 / 5 حدود سانتیگراد درجه هیدروژل ميشود مشاهده كه طور همان است. مانده باقی شده نانوکامپوزیتی هیدروژل و خالص کاراژینان به نسبت شده سنتز تجزيه مقابل در باالتري گرمايي مقاومت از هیدروژل به نسبت ]1[. است برخوردار گرمايي کاراژینان وبساطی بى TGA دمانگاشت تشه گشام 11- ؿىل 11 شكل 93 بهار 1 شماره هشتم سال )JARC( شیمی در کاربردی پژوهشهای نشریه 54
همکاران و دارابی هیدروژل TGA یذس طل دمانگاشت تشه گشام 12- ؿىل شكل تشه گشام 12- ؿىل یذس طل نانوکامپوزیتی ب وبهپ صیتی هیدروژل یذس طل TGA دمانگاشت تشه گشام 13- ؿىل 13 شكل رد DSC روش به گرمایی تجزیه از آمده بهدست نتیجههای یک فقط کاراژینان دمانگاشت در است. شده آورده 16 تا 14 شکل سانتیگراد درجه 16 تا 5 بین دمایی گستره در گرماگیر پیک است. آب مانند فرار مواد دادن دست از به مربوط که میشود مشاهده 275 J/g با برابر آنتالپی تغییرات دارای و بوده گرماگیر پیک این در است. سانتیگراد درجه 189 با برابر کاراژینان ذوب دمای است. که میشود دیده گرماگیر پیک سه شده سنتز هیدروژل دمانگاشت به مربوط سانتیگراد درجه 14 تا 5 دمایی گستره در پیک نخستین 291 J/g با برابر آنتالپی تغییرات دارای و است فرار مواد دادن دست از دمای که است هیدروژل شدن ذوب به مربوط پیک دومین است تغییرات دارای و سانتیگراد درجه 193 / 4 حدود هیدروژل ذوب به مربوط گرماگیر پیک سومین است. 17 / 5 J/g با برابر آنتالپی این سانتیگراد درجه 235 دمای در که است هیدروژل شدن تجزیه در است. 21 / 7 J/g با برابر آنتالپی تغییرات دارای و میافتد اتفاق در گرماگیر پیک یک شده سنتز نانوکامپوزیتی هیدروژل دمانگاشت مربوط که میشود مشاهده سانتیگراد درجه 19 تا 5 دمایی گستره 93 بهار 1 شماره هشتم سال )JARC( شیمی در کاربردی پژوهشهای نشریه 55
بررسی ویژگیهای گرمایی هیدروژل نانوکامپوزیتی پایه... به از دست دادن مواد فرار یا به عبارتی تبخیر است و دارای تغییرات آنتالپی برابر با 185 J/g است. دمای ذوب هیدروژل نانوکامپوزیتی سنتزشدهبرابربا 6 242 / درجهسانتیگراداست.همانطورکهمشاهده میشود افزودن ذرات نانو کالی باعث افزایش نقطه ذوب و مقاومت در برابر تجزیه شدن هیدروژل نانوکامپوزیتی میشود ]11 و 12[. ی ؿذى یذس طل ب وبهپ صیتی هیگشدد] 11-12 [. نتیجه گیری از همبسپارش آکریلیک اسید و پلی اتیلن گلیکول بر روی کاراژینان هیدروژلی با توانایی جذب 357 g/g و با افزودن نانو خاکرس به هیدروژل سنتز شده هیدروژل نانوکامپوزیتی با توانایی جذب آب 369 / 2 g/g به دست آمد. دلیل اصلی جذب آب 14- تشه گشام دمانگاشت DSCوبساطی بى کاراژینان ؿىل شكل ؿىل 15- تشه گشام یذس طل شكل 15 دمانگاشت DSC هیدروژل نشریه پژوهشهای کاربردی در شیمی )JARC( سال هشتم شماره 1 بهار 93 56
همکاران و دارابی تشه گشام 15- ؿىل یذس طل نانوکامپوزیتی هیدروژل DSC دمانگاشت 16 شكل به میتوان را هیدروژل به نسبت نانوکامپوزیتی هیدروژل باالی هیدروژل خود با آن زیاد سازگاری و رس خاک بودن آبدوست هیدروژل و هیدروژل جذب مقدار داد. ارتباط است آبدوست که کاهش شدت به آب به نسبت نمکی محلولهای در نانوکامپوزیتی اثر ظرفیتی یک کاتیونهای با نمکهایی مورد در مییابد. ظرفیتی سه و دو کاتیونهای با نمکهایی مورد در و بار همپوشانی و یونی قدرت افزایش یونی شدن شبکهای عامل این بر افزون هیدروژل و هیدروژل تورم مقدار کاهش موجب نیز کاتیون شعاع ميتوان رو اين از میشود. نمکی محلولهای در نانوکامپوزیتی و هيدروژل شده سنتز نانوکامپوزیتی هیدروژل و هيدروژل گفت همانطور ميآيند. بهشمار نمک حساس نانوکامپوزیتی هیدروژل هیدروژل و هیدروژل کاراژینان گرمايي تجزیه نتیجههای که نانوکامپوزیتی هیدروژل و هیدروژل ميدهد نشان نانوکامپوزیتی نشان خود از گرمايي تجزيه مقابل در خوبي مقاومت شده سنتز نسبت به درصد 7 C حدود دمايی در كه طوري به ميدهند زا آمده بهدست نتیجههای باقيماند. آنها اوليه وزن از بااليي نانو افزودن با که میدهد نشان DSC روش به گرمایی تجزیه افزایش نانوکامپوزیتی هیدروژل ذوب دمای هیدروژل به خاکرس کاربردهاي نانوکامپوزیتی هیدروژل و هيدروژل اين مییابد. بی و خنثی پلیمرها این دارند. کشاورزي صنايع در ارزشمندي درپی خطری زیست محیط و کشاورزی در آنها مصرف که اثرند در نباید هیدروژل میآورند. دوام خاک در سال چندین و ندارد تخریب اثر بر زیرا بگیرد قرار خاک سطح روی و آفتاب معرض جذبی ویژگیهای پلیمری زنجیرهای سریع گسستگی و نوری در مقاومت افزایش برای منظور بدین میدهد دست از را خود ذرات از هیدروژل تورمی ویژگیهای حفظ و تجزیه تخریب برابر شده سنتز نانوکامپوزیتی هیدروژل همچنین شد. استفاده معدنی گزینه و داراست را محیط در یونی عاملهای به پاسخگویی قابلیت رهایش جهت غلظت به حساس حسگرهای ساخت برای مناسبی است. کشاورزی در شیمیایی کودهای شده کنترل مراجع [1] Sjostrom, E.; Fundamental of Carbohydrate Chemistry and Wood Chemistry, Academic, San Diego, 1981. شيمی مجله کربوهيدراتی بسپارهای م.ج مهر ظهوريان ]2[ 1382. 21-29 دوم شماره شانزدهم سال سمینار و آموزشی دوره سومین مقاالت مجموعه ]3[ پلیمر پژوهشگاه هیدروژلها کشاورزی کاربرد تخصصی 1384. آبان 16 ایران پتروشیمی و 93 بهار 1 شماره هشتم سال )JARC( شیمی در کاربردی پژوهشهای نشریه 57
بررسی ویژگیهای گرمایی هیدروژل نانوکامپوزیتی پایه... [4] Kazanskii, K.S.; Adv. Polym. Sci., 14, 97-14, 1992. [5] Pourjavadi, A.; Hosseinzadeh, H.; Sadeghi, M.; Journal of Composite Materials; 41, 57-559, 7. [6] Sadeghi, M.; Hosseinzadeh, H.; Turk. J. Chem., 34, 739-752, 1. [7] Sadeghi, M.; Hosseinzadeh, H.; J. Chill. Chem., Soc., 55, 283, 1. [8] Sadeghi, M.; Mohammadinasab, E.; Shafie, F.; Scientific Research and Essays, 7, 511-521, 12. [9] Moore, D.M.; Reynolds, R.C.; X-Ray Diffraction and the Identification and Analysis of Clay Minerals, Oxford University, p.332, Press 1999. [1] Dodd, J.W.; Thermal Methods, John Wiley and Sons, 1987. [11] Smykatz, K.W.; Differential Thermal Analysis, Spring- Verlag, 487-493; 1994. [12] Brown, M.E.; Chapman, F.; Hall, A.; Introduction to Thermal Analysis: Techniques and Applications, 78, 63-8, 1988. نشریه پژوهشهای کاربردی در شیمی )JARC( سال هشتم شماره 1 بهار 93 58
JARC Thermal property study of carrageenan base nanocomposite hydrogel sensitive to ionic environments M. Darabi 1, *, M. Sadeghi 2 and Z. Ali-Mardan 3 1. MSc in Organic Chemistry, Secretary of Education Komeijan, Arak, Ostan Markazi, Iran 2. Associate Prof. of Polymer Chemistry, Faculty of Chemistry, Arak Branch, Islamic Azad University, Ostan Markazi, Iran 3. MSc in Organic Chemistry, Faculty of Chemistry, Arak Branch, Islamic Azad University, Ostan Markazi, Iran Recieved: January 13, First Revised: March 13, Second Revised: May 13, Accepted: June 13 Abstract: Superabsorbent nanocomposite was synthesized via copolymerization of acrylic acid (AA) and polyethylene glycol (PEG) onto carrageenan. The copolymerization reaction was carried out in aqueous medium and in the presence of ammonium persulfate (APS) as initiator, N, N`-methylene bisacrylamid (MBA) as cross linker and montmorillonite (MMT) as nanoclay. The superabsorbent nanocomposite structure was confirmed by FT-IR spectroscopy and X-ray diffraction. The swelling behavior of superabsorbent nanocomposite was also investigated in distilled water and various salt solutions. Thermal properties of synthesized superabsorbent nanocomposite were studied by using thermal gravimetric analysis, differential thermal gravimeter and differential scanning calorimeter. It was observed that the high thermal resistance of nanocomposite hydrogel and hydrogel carrageenan is high. Keywords: Nanocomposite hydrogel, Initiator, Cross linker, Copolymerization, Thermal analysis *Corresponding author Email: mahsadarabi57@yahoo.com Journal of Applied Research in Chemistry 8