nanoinginerie aplicata la obtinerea unor materiale reactive e. s. dragan, f. bucatariu, m. mihai
Post on 08-Jan-2016
34 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
NANOINGINERIE APLICATA LA OBTINEREA UNOR MATERIALE REACTIVE
E. S. Dragan, F. Bucatariu, M. Mihai
Institutul de Chimie Macromoleculara “P. Poni”, Iasi
E-mail: sdragan@icmpp.ro
Arhitecturi supramoleculare nanometrice realizate prin
tehnici nedistructive si nepoluante
Filme subtiri realizate prin adsorbtia
strat-dupa-strat a poliionilor si
compusilor mic-moleculari pe suprafete
plane
Complecsi polielectrolitici
nestoechiometrici ca dispersii
coloidale stabile
Materiale hibride reactive realizate prin
adsorbtia strat-dupa-strat
a polielectrolitilor slabi pe
microparticule de silice
STRUCTURILE POLIIONILOR
CH2 CH
C O
NH
CCH3 CH3
CH2 SO3-Na+
( )nn
ClN+
CH2
CH2CH2
CHCH
CH3
H2C
H3C
NaPAMPS PDADMAC
p = 0.95, PCA5; p = 0.94, x = 9, PCA5D1
OH
OH
CH2N
CH2
CH2
CH CH2
CH CH2N
OH
Cl-+N
CH3
CH3
CH3
)CH CH2( ()CH2
+ Cl-
)3
H3C
p N CH2 CH CH2
OH0.05
( )1-(p+0.05)
(CH2)2
CH2
O
CH2( )x
CH3
(
METODE UTILIZATE IN STUDIUL COMPLECSILOR POLIELECTROLITICI
Prepararea
Volume variabile de titrant ca solutie aposa s-au adaugat solutiei apoase de poliion de semn contrar, cu o viteza constanta cuprinsa in domeniul 0.1 – 1.5 mL/mL. h, cu agitare magnetica, la temperatura camerei (aprox. 25 oC).
Caracterizarea complexului interpolielectrolitic
Caracteristicile dispersiei de complex s-au urmarit prin: densitatea optica la = 500 nm (OD500), masurata cu un spectrometru Lambda 900 UV/Vis (Perkin Elmer, United Kingdom), si prin difuzia dinamica a luminii la un aparat Zetasizer 3000 (Malvern Instruments Ltd, United Kingdom), la un unghi de difuzie de 90o si o lungime de unda de 633 nm. Dimensiunea medie a nanoparticulelor, Rh, si indicele de polidispersitate, PI, s-au evaluat automat printr-un program CONTIN.
0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.60.00
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
0.12
0.14
0.16
0.18
0.20
NaPAMPSII/PDADMAC
NaPAMPSII/PCA
5
PI
n-/n+0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4
40
60
80
100
120
140
160
180
NaPAMPSII/PDADMAC
NaPAMPSII/PCA
5
Rh, n
m
n-/n+
Influenta structurii policationului asupra caracteristicilor nanoparticulelor de complex la o viteza de adaugare a
polianionului de 0.28 mL NaPAMPS/mL PDADMAC.h
E. S. Dragan, S. Schwarz J. Polym. Sci.: Part A: Polym. Chem. 2004, 42, 2495.
0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.240
60
80
100
120
140
160
180
NaPAMPSII/PDADMAC
NaPAMPSIII/PDADMAC
NaPAMPSVI/PDADMAC
NaPAMPSVII
/PDADMAC
Rh, n
m
n-/n+
Influenta masei moleculare a polianionului asupra razei nanoparticulelor de complex la o viteza de adaugare de
0.28 mL NaPAMPS/mL PDADMAC.h
E. S. Dragan, S. Schwarz J. Polym. Sci.: Part A: Polym. Chem. 2004, 42, 2495.
Influenta concentratiei poliionilor asupra caracteristicilor complexului la o viteza de adaugare de
0.28 mL NaPAMPS/mL PDADMAC.h
0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.20.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2 NaPAMPSII (10-3)/PDADMAC (10-4)
NaPAMPSII (5x10-3)/PDADMAC (5x10-4)
NaPAMPSII (10-2)/PDADMAC (10-3)
OD
500
n-/n+0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
NaPAMPSII (10-2)/PDADMAC (10-3)
NaPAMPSII (5x10-3)/PDADMAC (5x10-4)
NaPAMPSII (10-3)/PDADMAC (10-4)
Rh, n
m
n-/n+
0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.20.00
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
0.12
0.14
0.16
0.18
0.20
0.22
0.15 mL NaPAMPS/mL PCA5.h
0.28 mL NaPAMPS/mL PCA5.h
0.88 mL NaPAMPS/mL PCA5.hPI
n-/n+0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.240
60
80
100
120
140
160
180
200
220
0.15 mL NaPAMPSVII
/mL PCA5.h
0.15 mL NaPAMPSII/mL PCA
5.h
0.28 mL NaPAMPSII/mL PCA
5.h
0.88 mL NaPAMPSII/mL PCA
5.h
Rh
, nm
n-/n+
Dimensiunea, Rh, si indicele de polidispersitate a nanoparticulelor de complex in functie de viteza de
adaugare a NaPAMPS si de raportul intre sarcini
Reprezentarea schematica a influentei vitezei de adaugare a titrantului asupra
nivelului de agregare a complexului
polianion polication
+
complex primar
(n-/n+)iso
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.60.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
OD
500
Addition rate, mL PA/mL PC.h
NaPAMPSII/PDADMAC
NaPAMPSII/PCA
5
NaPAMPSVII
/PCA5
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.680
100
120
140
160
180
200
220
240
260
NaPAMPSII/PDADMAC
NaPAMPSII/PCA
5
NaPAMPSVII
/PCA5
Rh,
nm
Addition rate, mL PA/mL PC.h
OD500 si dimensiunea particulelor, Rh, in functie de viteza de adaugare a NaPAMPS
la un raport n-/n+ de 1.2
0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.850
60
70
80
90
100
110
120
after 24 h after 3 weeks after 6 weeks
Rh,
nm
n-/n+
Stabilitatea coloidala la pastrare a dispersiei de nanoparticule de complex in functie de raportul intre sarcini
la o viteza de adaugare de 0.88 mL NaPAMPS/mL PCA5.h
Test de floculare a silicei coloidale (200 nm) cu complecsi polielectrolitici nestoechiometrici
comparativ cu policationii singuri (PCA5 si PCA5D1)
0 1 2 3 4 50
1
2
3
4
OD500
Polimer adaugat la silice (mg/g)
PCA5
Complex PCA5/NaPAMPS
II
0 1 2 3 4 5 60
1
2
3
4
OD500
Polimer adaugat la silice (mg/g)
PCA5D
1
Complex PCA5D
1/NaPAMPS
II
Colorantii utilizati in constructia de filme subtiri multistrat nanostructurate;
policationul utilizat: PCA5
N NN N
SO3Na
SO3Na
OH
NH CO NHNaO3S
SO3Na
NaO3S N N N N
OH
= = == SO3NaSO3Na
SO3Na
NH2OH
OCH3H3CO
OH
N N=N N=
SO3Na
NH2
NaO3S
N N NN
NaO3S
SO3Na
OH
Direct Red 80 (DR80) Direct Blue 1 (DB 1)
Crocein Scarlet MOO (CSMOO)
SO3Na
N N N N
OH
SO3Na
Ponceau SS (PSS)
PREZENTAREA SCHEMATICA A TEHNICII DE ADSORBTIE STRAT-DUPA-STRAT IN OBTINEREA DE FILME SUBTIRI
PCA5/COLORANT AZOIC
PCA5 in apa
Colorant in apa
Apa deionizata
Apa deionizata
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0A
bso
rban
ta (
u. a
.)
n, straturi
CSMOO PSS DB1 DR80
Absorbanta la lungimea de unda caracteristica fiecarui colorant in functie de numarul de straturi
Water, PCA5 10 mM, Ra = 2.02 nm
1 M NaCl, PCA5 10 mM, Ra = 3.44 nm
1 M NaCl, PCA5 10 mM, Ra = 2.31 nm
1 M
1M Na2SO4, PCA5 10 mM,
Ra = 2.72
Grosimea totala a filmului (PCA5/DR80)n si grosimea unei
perechi de straturi pentru filmele construite prin adsorbtia policationului din solutii apoase de electrolit mic molecular
masurate prin elipsometrie
Solvent utilizat pentru adsorbtia policationului
n, dl 0.2 M NaCl D, nm d,nm/1 dl
0.2 M Na2SO4
D, nm d, nm/1 dl
2 4.4 2.2 5.2 2.6
3 5.8 2 7.6 2.7
4 7 2 11 2.8
5 9.8 2 14.2 2.8
6 11.4 2 - -
Structurile polimerilor utilizati in obtinerea materialelor hibride reactive pe suport de silice
n
)
)
(
(
2
2
2
C=O
NH
NH
CH
CHCH
2
0.95
H OC
NH
CHCH CH CH
NH2
0.05( ) ( ) CH CH
COOH
2( )
n
1M NaCl= 0.4 dL/g
EDAP(VAm-co-FA)
Mw= 40.000 g/mol
PAA
Mv= 68.000 g/mol
Proba de silice Dimensiunea particulelor, m
Vp, cm3/g Suprafata specifica, m2/g
rp, Ǻ
Kieselgel 60 15 – 40 0.6 – 0.9 300 40 - 60
Daisogel 30 – 50 0.9 150 300
O
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
OH
O
O
O
O
O
O
O
OH
OH
NH3
H3N
H3N
H3N
H3N
H3N NH2
H2N
NH2
NH2H2N
H2N
H2N
NH3
+
+
+
+
+
+
+ +
NH3
O
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
OH
O
O
O
O
O
O
O
OH
OH
NH3
H3N
H3N
H3N
H3N
H3N NH2
H2N
NH2
NH2H2N
H2N
H2N
NH3
NH3
+
+
+
+
+
+
+ +
PAA++
O
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
OH
O
O
O
O
O
O
O
OH
OH
NH3
H3N
H3N
H3N
H3N
H3N NH2
H2N
NH2
NH2H2N
H2N
H2N
NH3
NH3
+
+
+
+
+
+
+ +
COOH
COO
HOOC
OOC
COO
COO
COO
HOOC
HOOC
HOOC
HOOC
OOC
OOC
OOC
COOH
COOH
COOH
t t
O
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
OH
O
O
O
O
O
O
O
OH
OH
H3N
H3N
H3N
H3N
H3N
NH2H2N
NH2
H2N
H2N
H2N
+
+
+
+
+
COOH
COO
COO
COO
COO
HOOC
HOOC
HOOC
COOH
COOH
COOH
NH
CO
NH
NH
NHCO
CO
CO
CO
NH
CONH
SCHEMA DE FORMARE A MATERIALULUI HIBRID
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
30 bare silica silica/PVAm silica/(PVAm/PAA) silica/(PVAm/PAA)/PVAm silica/(PVAm/PAA)
2
silica/(PVAm/PAA)2/PVAm
Po
ten
tial
Zet
a (m
V)
pH
Potentialul Zeta functie de pH pentru materialul hibrid silice/(PVAm/PAA)n
top related