여러 가지 용매에서 poly(N-isopropyl-acrylamide)의 팽윤 거동에 관한 연구N-isopropylacrylamide에 기초한 공중합체의 합성과 팽윤 거동에 관한 연구 Study on the swelling behavior of poly(N-isopropyl-acrylamide) in various solvents = Study on the synthesis and swelling behavior of copolymers based on N-isopropylacrylamide원문보기
Poly(N-isopropylacrylamide)[poly(NIPAAm)]은 32℃ 부근에서 하한 임계 용액 온도(lower critical solution temperature : LCST)를 나타내며 현저한 상전이 거동을 보이는 온도에 민감한 수팽윤 고분자이다. 일정량의 N-isopropylacrylamide(NIPAAm)와 가교제인 ethylene glycol dimeth- acrylate(EGDMA), 개시제인 N,N-azobisisobutyronitrile(AIBN)을 사용하여 ...
Poly(N-isopropylacrylamide)[poly(NIPAAm)]은 32℃ 부근에서 하한 임계 용액 온도(lower critical solution temperature : LCST)를 나타내며 현저한 상전이 거동을 보이는 온도에 민감한 수팽윤 고분자이다. 일정량의 N-isopropylacrylamide(NIPAAm)와 가교제인 ethylene glycol dimeth- acrylate(EGDMA), 개시제인 N,N-azobisisobutyronitrile(AIBN)을 사용하여 라디칼중합으로 poly(NIPAAm)을 합성하였다. 물과 acetamide, formamide, N-methyl acetamide, N,N-dimethylacetamide, N,N- diethylacetamide, N-methylformamide, N,N-dimethylformamide, N,N-diethyl- formamide 등 9 종류의 amide수용액에서 poly(NIPAAm)의 팽윤 특성을 조사하였다. Poly(NIPAAm)은 상전이 온도 이하에서는 팽윤이 일어났고 그 이상의 온도에서는 급격히 수축되었는데 이러한 상전이 현상은 수화겔을 구성하는 친수성과 소수성 성분의 균형에 의해서 일어난다. 또한 수화겔의 팽윤비는 가교제의 함량에 의존적으로 나타났는데 가교제의 함량이 증가함에 따라 수화겔의 팽윤비는 감소하였다. 이것은 가교 공중합체의 매트릭스 구조 차이에 기인하는 것으로 가교제의 양이 많아질수록 가교점간의 거리가 짧아 물이 들어갈 공간이 좁아져 겔의 팽윤비는 감소하게 된다. Poly(NIPAAm)은 상전이 온도 이하의 낮은 온도에서 N-methylacetamide용액과 N,N-dimethylacetamide용액에서 높은 팽윤비를 나타내었는데, 이것은 이들 용액이 어느 정도 소수성을 지니고 있기 때문에 NIPAAm 단위와 소수성 인력을 형성할 수 있어 중합체 속으로 많이 들어갈 수 있을 뿐만 아니라 amide기는 수소 결합을 할 수 있어 물도 쉽게 중합체 속으로 들어갈 수 있기 때문이라 생각된다. 수화겔의 팽윤은 용해도 상수와 어느 정도 상관 관계가 있었는데 높은 용해도 상수값을 갖는 formamide 수용액에서 팽윤비는 가장 낮게 나타났다. Formamide의 농도가 증가함에 따라 온도에 대한 팽윤의 민감도가 급격히 감소하였는데 이것은 물과 formamide의 친화력이 아주 높아 물이 겔 속으로 침투하는 것을 방해하기 때문이다. 겔의 팽윤 거동에 있어 겔을 구성하는 단량체와 용매의 구조 사이에 어떤 상관 관계를 관찰할 수 있었는데 NIPAAm과 비슷한 구조를 가진 용매가 겔 속으로 많이 흡수되었다. 용액에서 N-methylformamide의 함량이 증가할수록 겔 속으로 흡수되는 N-methylformamide의 양은 큰 폭으로 증가하였으며, 특히 25% 농도에서는 겔 속으로 물은 거의 침투되지 않고, 대부분 N-methylformamide가 흡수되었다. 이는 물과 N-methylformamide의 구조적인 차이에 기인하는 것으로 생각되며 NIPAAm의 구조가 물보다는 N-methylformamide와 비슷하기 때문에 poly (NIPAAm)이 물보다는 N-methylformamide를 더 선택적으로 흡수하는 것으로 여겨진다. 열에 민감한 poly(N-isopropylacrylamide)[poly(NIPAAm)], poly(N-isopropylacrylamide-co-acrylamide)[poly(NIPAAm-co-AAm)], poly(N-isopropylacrylamide-co-N,N-dimethylacrylamide)[poly(NIPAAm-co-DMAm)] 그리고 poly(N-isopropylacrylamide-co-N,N-diethylacrylamide)[poly(NIPAAm-co-DEAm)]을 가교제 ethylene glycol dimethacrylate(EGDMA)와 개시제 N,N-azobisisobutyronitrile(AIBN)을 사용하여 라디칼 중합으로 합성하였다. 공중합 수화겔의 팽윤 거동을 고분자의 친수성과 소수성 정도, 공단량체의 조성에 따라 조사하였다. 하한 임계 용액 온도(Lower critical solution temperature : LCST) 이하의 낮은 온도에서는 공중합 수화겔은 팽윤 상태로 평형을 유지하였는데 온도가 높아짐에 따라 겔은 수축하여 팽윤비는 감소하였고, LCST 부근에서는 급격한 팽윤비의 감소가 일어났다. 이것은 온도 상승으로 인해 겔 내부의 소수성 결합이 강화되어 물분자들이 방출되었기 때문이라 생각된다. 친수성 단량체와 공중합 되어 있는 공중합 수화겔의 상전이 온도의 변화와 팽윤 특성을 공중합체의 조성에 따라 조사하였다. 공단량체가 가장 친수성이 강한 AAm와 공중합 되어 있는 poly(NIPAAm-co-AAm)의 팽윤비 및 LCST가 가장 높게 나타났으며, 단량체 AAm의 함량이 증가함에 따라 팽윤비 및 LCST는 더 높아졌다. 이것은 AAm이 친수성이 강한 단량체로서 NIPAAm과 공중합 되어 있을 경우 수소 결합 능력이 증대되어 팽윤비가 높아지며, 이들 공중합체는 온도 상승에 따른 소수성 회합을 약화시켜 물분자의 탈수를 지연시키기 때문에 LCST가 높아진다. 가장 친수성이 약한 DEAm과의 공중합체 poly(NIPAAm-co-DEAm)의 팽윤비 및 LCST가 가장 낮게 나타났으며, 단량체 DEAm의 함량이 증가함에 따라 팽윤비 및 LCST는 더 낮아졌다. 이것은 DEAm이 소수성이 강한 단량체로서 NIPAAm과 공중합 되어 있을 경우 수소 결합 능력이 저하되어 팽윤비가 낮아지며, 이들 공중합체는 온도 상승에 따라 소수성 회합이 강화되어 물분자가 쉽게 겔 밖으로 빠져 나가기 때문에 LCST가 낮아진다. 단량체 친수성의 정도는 AAm > DMAm > DEAm 순인데 공중합 수화겔의 팽윤비도 단량체 친수성의 순서와 같은 poly(NIPAAm-co-AAm) > poly(NIPAAm-co-DMAm) > poly(NIPAAm-co-DEAm)의 순으로 관찰되었으며, LCST 또한 같은 순으로 나타났다.
Poly(N-isopropylacrylamide)[poly(NIPAAm)]은 32℃ 부근에서 하한 임계 용액 온도(lower critical solution temperature : LCST)를 나타내며 현저한 상전이 거동을 보이는 온도에 민감한 수팽윤 고분자이다. 일정량의 N-isopropylacrylamide(NIPAAm)와 가교제인 ethylene glycol dimeth- acrylate(EGDMA), 개시제인 N,N-azobisisobutyronitrile(AIBN)을 사용하여 라디칼 중합으로 poly(NIPAAm)을 합성하였다. 물과 acetamide, formamide, N-methyl acetamide, N,N-dimethylacetamide, N,N- diethylacetamide, N-methylformamide, N,N-dimethylformamide, N,N-diethyl- formamide 등 9 종류의 amide수용액에서 poly(NIPAAm)의 팽윤 특성을 조사하였다. Poly(NIPAAm)은 상전이 온도 이하에서는 팽윤이 일어났고 그 이상의 온도에서는 급격히 수축되었는데 이러한 상전이 현상은 수화겔을 구성하는 친수성과 소수성 성분의 균형에 의해서 일어난다. 또한 수화겔의 팽윤비는 가교제의 함량에 의존적으로 나타났는데 가교제의 함량이 증가함에 따라 수화겔의 팽윤비는 감소하였다. 이것은 가교 공중합체의 매트릭스 구조 차이에 기인하는 것으로 가교제의 양이 많아질수록 가교점간의 거리가 짧아 물이 들어갈 공간이 좁아져 겔의 팽윤비는 감소하게 된다. Poly(NIPAAm)은 상전이 온도 이하의 낮은 온도에서 N-methylacetamide용액과 N,N-dimethylacetamide용액에서 높은 팽윤비를 나타내었는데, 이것은 이들 용액이 어느 정도 소수성을 지니고 있기 때문에 NIPAAm 단위와 소수성 인력을 형성할 수 있어 중합체 속으로 많이 들어갈 수 있을 뿐만 아니라 amide기는 수소 결합을 할 수 있어 물도 쉽게 중합체 속으로 들어갈 수 있기 때문이라 생각된다. 수화겔의 팽윤은 용해도 상수와 어느 정도 상관 관계가 있었는데 높은 용해도 상수값을 갖는 formamide 수용액에서 팽윤비는 가장 낮게 나타났다. Formamide의 농도가 증가함에 따라 온도에 대한 팽윤의 민감도가 급격히 감소하였는데 이것은 물과 formamide의 친화력이 아주 높아 물이 겔 속으로 침투하는 것을 방해하기 때문이다. 겔의 팽윤 거동에 있어 겔을 구성하는 단량체와 용매의 구조 사이에 어떤 상관 관계를 관찰할 수 있었는데 NIPAAm과 비슷한 구조를 가진 용매가 겔 속으로 많이 흡수되었다. 용액에서 N-methylformamide의 함량이 증가할수록 겔 속으로 흡수되는 N-methylformamide의 양은 큰 폭으로 증가하였으며, 특히 25% 농도에서는 겔 속으로 물은 거의 침투되지 않고, 대부분 N-methylformamide가 흡수되었다. 이는 물과 N-methylformamide의 구조적인 차이에 기인하는 것으로 생각되며 NIPAAm의 구조가 물보다는 N-methylformamide와 비슷하기 때문에 poly (NIPAAm)이 물보다는 N-methylformamide를 더 선택적으로 흡수하는 것으로 여겨진다. 열에 민감한 poly(N-isopropylacrylamide)[poly(NIPAAm)], poly(N-isopropylacrylamide-co-acrylamide)[poly(NIPAAm-co-AAm)], poly(N-isopropylacrylamide-co-N,N-dimethylacrylamide)[poly(NIPAAm-co-DMAm)] 그리고 poly(N-isopropylacrylamide-co-N,N-diethylacrylamide)[poly(NIPAAm-co-DEAm)]을 가교제 ethylene glycol dimethacrylate(EGDMA)와 개시제 N,N-azobisisobutyronitrile(AIBN)을 사용하여 라디칼 중합으로 합성하였다. 공중합 수화겔의 팽윤 거동을 고분자의 친수성과 소수성 정도, 공단량체의 조성에 따라 조사하였다. 하한 임계 용액 온도(Lower critical solution temperature : LCST) 이하의 낮은 온도에서는 공중합 수화겔은 팽윤 상태로 평형을 유지하였는데 온도가 높아짐에 따라 겔은 수축하여 팽윤비는 감소하였고, LCST 부근에서는 급격한 팽윤비의 감소가 일어났다. 이것은 온도 상승으로 인해 겔 내부의 소수성 결합이 강화되어 물분자들이 방출되었기 때문이라 생각된다. 친수성 단량체와 공중합 되어 있는 공중합 수화겔의 상전이 온도의 변화와 팽윤 특성을 공중합체의 조성에 따라 조사하였다. 공단량체가 가장 친수성이 강한 AAm와 공중합 되어 있는 poly(NIPAAm-co-AAm)의 팽윤비 및 LCST가 가장 높게 나타났으며, 단량체 AAm의 함량이 증가함에 따라 팽윤비 및 LCST는 더 높아졌다. 이것은 AAm이 친수성이 강한 단량체로서 NIPAAm과 공중합 되어 있을 경우 수소 결합 능력이 증대되어 팽윤비가 높아지며, 이들 공중합체는 온도 상승에 따른 소수성 회합을 약화시켜 물분자의 탈수를 지연시키기 때문에 LCST가 높아진다. 가장 친수성이 약한 DEAm과의 공중합체 poly(NIPAAm-co-DEAm)의 팽윤비 및 LCST가 가장 낮게 나타났으며, 단량체 DEAm의 함량이 증가함에 따라 팽윤비 및 LCST는 더 낮아졌다. 이것은 DEAm이 소수성이 강한 단량체로서 NIPAAm과 공중합 되어 있을 경우 수소 결합 능력이 저하되어 팽윤비가 낮아지며, 이들 공중합체는 온도 상승에 따라 소수성 회합이 강화되어 물분자가 쉽게 겔 밖으로 빠져 나가기 때문에 LCST가 낮아진다. 단량체 친수성의 정도는 AAm > DMAm > DEAm 순인데 공중합 수화겔의 팽윤비도 단량체 친수성의 순서와 같은 poly(NIPAAm-co-AAm) > poly(NIPAAm-co-DMAm) > poly(NIPAAm-co-DEAm)의 순으로 관찰되었으며, LCST 또한 같은 순으로 나타났다.
Poly(N-isopropylacrylamide)[poly(NIPAAm)] exhibits a lower critical solution temperature(LCST) near 32℃ and sharp phase transition behavior. The poly(NIPAAm) were synthesized by free radical polymerization with crosslinking agent such as ethylene glycol dimethacrylate(EGDMA) and N,N-azobisisobutyron...
Poly(N-isopropylacrylamide)[poly(NIPAAm)] exhibits a lower critical solution temperature(LCST) near 32℃ and sharp phase transition behavior. The poly(NIPAAm) were synthesized by free radical polymerization with crosslinking agent such as ethylene glycol dimethacrylate(EGDMA) and N,N-azobisisobutyronitrile(AIBN) as initiator. The swelling property of poly(NIPAAm) was studied in various solvents at various temperatures. The solvents used in this study were distilled water, aqueous solution of acetamide, N-methylacetamide, N,N-dimethylacetamide, N,N-diethylacetamide, formamide, N-methylformamide, N,N-dimethylformamide and N,N-diethylformamide. Poly(NIPAAm) was swollen at lower than phase transition temperature(T_c) and shrunk rapidly at higher than T_c. This phase transition occurred by the balance of hydrophilic and hydrophobic component within gel. Also, the swelling ratio of hydrogel was dependent on content of crosslinker and decreased with increasing crosslinking agent. At below the LCST, poly(NIPAAm) showed the higher swelling ratio in N-methylacetamide solution and N,N-dimethylacetamide solution than any other solution. It may be due to the good balance of hydrophobic and hydrophilic properties of them. The swelling property of hydrogel was concerned in solubility parameter of solvent. The solubility parameter difference between water and formamide was least all over the solvents, and the swelling ratio in formamide solution was lowest. The swelling sensitivity of hydrogel on temperature was decreased dramatically with increasing formamide concentration due to the strong affinity between water and formamide. Poly(NIPAAm) absorbed much the solvent with similar structure to NIPAAm, especially the gel didn't absorb mostly water but N-methylformamide in 25% solution. Thermosensitive hydrogels of poly(N-isopropylacrylamide)[poly(NIPAAm)], poly(N-isopropylacrylamide-co-acrylamide)[poly(NIPAAm-co-AAm)], poly(N-isopropylacrylamide- co-N,N-dimethylacrylamide)[poly(NIPAAm-co-DMAm)] and poly(N-isopropylacrylamide-co-N,N-diethylacrylamide)[poly(NIPAAm-co-DEAm)] were prepared by free radical copolymerization with ethylene glycol dimethacrylate (EGDMA) as crosslinking agent. The swelling behavior of copolymer hydrogels was investigated as a function of hydrophilicity of copolymer and composition of comonomer. The copolymers were swollen significantly at lower than lower critical solution temperature(LCST) but shrunken at above the LCST. The phase transition temperature and swelling behaviour of the copolymer hydrogels prepared with hydrophilic comonomers were studied as a function of copolymer composition. The swelling ratio and LCST of poly(NIPAAm-co-AAm) were much higher than that of poly(NIPAAm) and as the AAm content increased the swelling ratio and LCST were increased. This may be attributed that AAm weakens the hydrophobic gel shrinking force as the hydrophilic comonomer. On the other hand, in the poly(NIPAAm-co-DMAm) which was prepared of NIPAAm and hydrophobic comonomer DEAm, the swelling ratio and LCST of copolymer were decreased with increasing of DEAm content. The hydrophobic shrinking force of the copolymer is enhanced by introducing hydrophobic comonomer into the polymer networks. This leads to restriction on water permeation from the gel interior become strong. The swelling ratio of these copolymers were poly(NIPAAm-co-AAm> poly(NIPAAm-co-DMAm)> poly(NIPAAm-co-DEAm) in decreasing order. Also, the LCST was observed in same order.
Poly(N-isopropylacrylamide)[poly(NIPAAm)] exhibits a lower critical solution temperature(LCST) near 32℃ and sharp phase transition behavior. The poly(NIPAAm) were synthesized by free radical polymerization with crosslinking agent such as ethylene glycol dimethacrylate(EGDMA) and N,N-azobisisobutyronitrile(AIBN) as initiator. The swelling property of poly(NIPAAm) was studied in various solvents at various temperatures. The solvents used in this study were distilled water, aqueous solution of acetamide, N-methylacetamide, N,N-dimethylacetamide, N,N-diethylacetamide, formamide, N-methylformamide, N,N-dimethylformamide and N,N-diethylformamide. Poly(NIPAAm) was swollen at lower than phase transition temperature(T_c) and shrunk rapidly at higher than T_c. This phase transition occurred by the balance of hydrophilic and hydrophobic component within gel. Also, the swelling ratio of hydrogel was dependent on content of crosslinker and decreased with increasing crosslinking agent. At below the LCST, poly(NIPAAm) showed the higher swelling ratio in N-methylacetamide solution and N,N-dimethylacetamide solution than any other solution. It may be due to the good balance of hydrophobic and hydrophilic properties of them. The swelling property of hydrogel was concerned in solubility parameter of solvent. The solubility parameter difference between water and formamide was least all over the solvents, and the swelling ratio in formamide solution was lowest. The swelling sensitivity of hydrogel on temperature was decreased dramatically with increasing formamide concentration due to the strong affinity between water and formamide. Poly(NIPAAm) absorbed much the solvent with similar structure to NIPAAm, especially the gel didn't absorb mostly water but N-methylformamide in 25% solution. Thermosensitive hydrogels of poly(N-isopropylacrylamide)[poly(NIPAAm)], poly(N-isopropylacrylamide-co-acrylamide)[poly(NIPAAm-co-AAm)], poly(N-isopropylacrylamide- co-N,N-dimethylacrylamide)[poly(NIPAAm-co-DMAm)] and poly(N-isopropylacrylamide-co-N,N-diethylacrylamide)[poly(NIPAAm-co-DEAm)] were prepared by free radical copolymerization with ethylene glycol dimethacrylate (EGDMA) as crosslinking agent. The swelling behavior of copolymer hydrogels was investigated as a function of hydrophilicity of copolymer and composition of comonomer. The copolymers were swollen significantly at lower than lower critical solution temperature(LCST) but shrunken at above the LCST. The phase transition temperature and swelling behaviour of the copolymer hydrogels prepared with hydrophilic comonomers were studied as a function of copolymer composition. The swelling ratio and LCST of poly(NIPAAm-co-AAm) were much higher than that of poly(NIPAAm) and as the AAm content increased the swelling ratio and LCST were increased. This may be attributed that AAm weakens the hydrophobic gel shrinking force as the hydrophilic comonomer. On the other hand, in the poly(NIPAAm-co-DMAm) which was prepared of NIPAAm and hydrophobic comonomer DEAm, the swelling ratio and LCST of copolymer were decreased with increasing of DEAm content. The hydrophobic shrinking force of the copolymer is enhanced by introducing hydrophobic comonomer into the polymer networks. This leads to restriction on water permeation from the gel interior become strong. The swelling ratio of these copolymers were poly(NIPAAm-co-AAm> poly(NIPAAm-co-DMAm)> poly(NIPAAm-co-DEAm) in decreasing order. Also, the LCST was observed in same order.
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