PNIPAm微凝膠的粒徑和Zeta電位測(cè)試背景

PNIPAm，聚N-異丙基丙烯酰胺，是一種在醫(yī)藥、智能材料制造領(lǐng)域具有廣泛的功能性溫敏高分子材料，從上個(gè)世紀(jì)90年代開(kāi)始引起科研人員的關(guān)注，具有大量文獻(xiàn)報(bào)道。

 本文使用BeNano 90 zeta 納米粒度與Zeta電位分析儀表征了一個(gè)PNIPAm微凝膠的粒徑和Zeta電位隨pH及溫度的變化。

PNIPAm微凝膠的粒徑和Zeta電位測(cè)試結(jié)果與討論

圖1. PNIPAm微凝膠不同pH值條件下Zeta電位結(jié)果

  圖1為在25℃下，PNIPAm微凝膠的Zeta電位隨pH的變化曲線?？梢钥闯?，在使用純凈水配置的母液環(huán)境中（pH=6時(shí)），Zeta電位為負(fù)值，說(shuō)明此時(shí)微凝膠上凈電荷為負(fù)電，且Zeta電位絕對(duì)值最高。采用HCl溶液調(diào)節(jié)樣品pH值，隨著pH逐漸降低，樣品的Zeta電位絕對(duì)值逐漸減小，向零趨近，當(dāng)pH=1時(shí)，樣品Zeta電位跨過(guò)等電點(diǎn)，由負(fù)電變?yōu)檎?。這是因?yàn)樵趐H值逐漸降低的過(guò)程中，溶液中的H+濃度升高，H+的增加改變了樣品表面的電離平衡，樣品表面的負(fù)電荷逐漸被H+中和，因此帶電量下降，進(jìn)而導(dǎo)致了Zeta電位絕對(duì)值下降。

  通過(guò)向體系中添加NaOH，使體系中OH-含量增多，pH值逐漸增大，通常來(lái)說(shuō)帶負(fù)電的OH-會(huì)使得顆粒表面攜帶更多負(fù)電，使Zeta電位負(fù)值不斷增加。然而觀察到隨著pH值的升高，Zeta電位絕對(duì)值卻逐漸減小，當(dāng)pH=14時(shí)，Zeta電位趨近于0。這可能是因?yàn)楫?dāng)pH為6或7時(shí)，聚合物表面的基團(tuán)電離比較充分，攜帶的負(fù)電荷已經(jīng)達(dá)到飽和，即使OH-含量增多，顆粒表面也不能攜帶更多的負(fù)電荷，而NaOH濃度上升逐漸增加了體系中離子強(qiáng)度，離子強(qiáng)度越高，對(duì)于Zeta電位的屏蔽效果越來(lái)越強(qiáng)，導(dǎo)致了Zeta電位絕對(duì)值的降低。

圖2. 不同pH環(huán)境中PNIPAm水凝膠在不同溫度下的粒徑曲線

  圖2顯示了pH=3，6和9環(huán)境中，樣品的粒徑隨溫度變化趨勢(shì)?？梢钥吹皆谌齻€(gè)pH環(huán)境中，樣品的粒徑隨著溫度升高逐漸降低，從25℃的700nm逐漸減小到50℃的約300nm。這種明顯的隨溫度升高而收縮的現(xiàn)象是由于形成分子間氫鍵導(dǎo)致的。在降溫過(guò)程中，氫鍵斷裂，樣品粒徑逐漸增加。樣品展現(xiàn)了可逆的粒徑隨溫度的變化的趨勢(shì)。三個(gè)pH環(huán)境中，在相同溫度下粒徑接近沒(méi)有明顯差別，說(shuō)明該樣品的粒徑對(duì)于pH改變不是特別敏感。

圖3. 不同pH環(huán)境中PNIPAm水凝膠在不同溫度下的Zeta電位曲線

PNIPAm微凝膠的粒徑和Zeta電位測(cè)試結(jié)論

  在這個(gè)應(yīng)用報(bào)告中，通過(guò)BeNano 90 Zeta儀器表征了一個(gè)PNIPAm微凝膠樣品在不同pH值條件和不同溫度下的粒徑和Zeta電位信息。結(jié)果表明，樣品的Zeta與環(huán)境pH相關(guān)。不同pH下，樣品具有類似的粒徑和pH溫敏特點(diǎn)，即隨著溫度升高粒徑降低，而Zeta電位逐漸升高。