2022-11-10 09:20:08, 丹东百特 丹东百特仪器有限公司
PNIPAm,聚N-异丙基丙烯酰胺,是一种在医药、智能材料制造领域具有广泛的功能性温敏高分子材料,从上个世纪90年代开始引起科研人员的关注,具有大量文献报道。
本文使用BeNano 90 zeta 纳米粒度与Zeta电位分析仪表征了一个PNIPAm微凝胶的粒径和Zeta电位随pH及温度的变化。
结果与讨论
图1. PNIPAm微凝胶不同pH值条件下Zeta电位结果
图1为在25℃下,PNIPAm微凝胶的Zeta电位随pH的变化曲线。可以看出,在使用纯净水配置的母液环境中(pH=6时),Zeta电位为负值,说明此时微凝胶上净电荷为负电,且Zeta电位绝对值最高。采用HCl溶液调节样品pH值,随着pH逐渐降低,样品的Zeta电位绝对值逐渐减小,向零趋近,当pH=1时,样品Zeta电位跨过等电点,由负电变为正电。这是因为在pH值逐渐降低的过程中,溶液中的H+浓度升高,H+的增加改变了样品表面的电离平衡,样品表面的负电荷逐渐被H+中和,因此带电量下降,进而导致了Zeta电位绝对值下降。
通过向体系中添加NaOH,使体系中OH-含量增多,pH值逐渐增大,通常来说带负电的OH-会使得颗粒表面携带更多负电,使Zeta电位负值不断增加。然而观察到随着pH值的升高,Zeta电位绝对值却逐渐减小,当pH=14时,Zeta电位趋近于0。这可能是因为当pH为6或7时,聚合物表面的基团电离比较充分,携带的负电荷已经达到饱和,即使OH-含量增多,颗粒表面也不能携带更多的负电荷,而NaOH浓度上升逐渐增加了体系中离子强度,离子强度越高,对于Zeta电位的屏蔽效果越来越强,导致了Zeta电位绝对值的降低。
图2. 不同pH环境中PNIPAm水凝胶在不同温度下的粒径曲线
图2显示了pH=3,6和9环境中,样品的粒径随温度变化趋势。可以看到在三个pH环境中,样品的粒径随着温度升高逐渐降低,从25℃的700nm逐渐减小到50℃的约300nm。这种明显的随温度升高而收缩的现象是由于形成分子间氢键导致的。在降温过程中,氢键断裂,样品粒径逐渐增加。样品展现了可逆的粒径随温度的变化的趋势。三个pH环境中,在相同温度下粒径接近没有明显差别,说明该样品的粒径对于pH改变不是特别敏感。
图3. 不同pH环境中PNIPAm水凝胶在不同温度下的Zeta电位曲线
图3. 不同pH环境中PNIPAm水凝胶在不同温度下的Zeta电位曲线
结论
在这个应用报告中,通过BeNano 90 Zeta仪器表征了一个PNIPAm微凝胶样品在不同pH值条件和不同温度下的粒径和Zeta电位信息。结果表明,样品的Zeta与环境pH相关。不同pH下,样品具有类似的粒径和pH温敏特点,即随着温度升高粒径降低,而Zeta电位逐渐升高。
作者简介PROFILE
曲艳玲
百特综合应用实验室
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丹东百特仪器有限公司是中国知名的粒度测试仪器制造商和粒度测试技术的研发基地,是国家高新技术企业、辽宁省软件企业、辽宁省守合同重信誉企业,中国颗粒学会常务理事单位和测试专业委员会副主任单位。主要产品有PM2.5&PM10采样器、滤膜自动称重系统、激光粒度仪、显微图像粒度仪、粉体特性测试仪等5个系列共34个品种。产品销往全国34个省市区,还出口到德国、韩国、美国、俄罗斯、印度、巴西等九十多个国家和地区,在环境空气监测、气象研究、制药、非金属材料、电池材料和金属粉的生产、应用和研究领域得到广泛的应用,产品的技术性能和质量居国际前列。
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