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研究生： 邱柏宇
Chiu, Bo-Yu
論文名稱： 聚(N-乙烯甲醯胺) -聚丙烯酸分子間複合物與十二烷基硫酸鈉在水溶液中的交互作用及聚集行為之研究
Study on Interation and Aggregation Behavior between Poly(N-vinylformamide)-Poly(acrylic acid) Interpolymer Complexes and Sodium Dodecylsulfate in Aqueous Solution
指導教授： 侯聖澍
Hou, Sheng-Shu
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 工學院 - 化學工程學系
Department of Chemical Engineering
論文出版年： 2017
畢業學年度： 105
語文別： 中文
論文頁數： 117
中文關鍵詞： 聚丙烯酸 、聚(N-乙烯甲醯胺) 、分子間複合物 、膠體穩定性
外文關鍵詞： interpolymer complexes, fluorescent, turbidmetric, particle aggregation
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    • 非離子型高分子聚(N-乙烯甲醯胺)[Poly(N-vinylformamide)，PNVF]近年普遍應用於造紙、生醫上材料上的減阻劑、石油回收業等，並且在水溶液中能與聚丙烯酸[poly(acrylic acid)，PAA]藉由氫鍵作用力形成一種新穎的分子間複合物(interpolymer complexes，IPCs)，該分子間複合物之構型受pH值所影響。在此篇研究中，發現PAA-PNVF所形成的膠體水溶液於低pH值下容易聚集且相當不穩定，隨後加入陰離子型界面活性劑(sodium dodecylsulfate，SDS)於該系統中，並探討PAA/PNVF/SDS之間的交互作用以及進一步觀察該兩性高分子對IPCs奈米膠體的聚集行為的改變。
    根據螢光光譜、穿透度與DLS之結果可知，SDS的吸附和類微胞叢集的產生影響PAA-PNVF分子間複合物之構型變化以及膠體聚集的行為，當SDS未加入時，PAA-PNVF的分子間複合物會先升成並迅速的聚集為PAA-PNVF IPCs粒子，而PAA-PNVF分子間複合物之構型受pH值所影響且不易在較高的pH環境下存在(pHcrit2 = 3.91)，由DLS的結果也可知IPCs粒子在低pH值下容易聚集，接著加入SDS並發現在濃度低於1.58 mM時，SDS會誘使環境中的自由高分子與IPC粒子複合並使粒子變大，從穿透度圖上可看出一明顯的V型過渡區，由DLS隨時間測量的結果可知，SDS濃度為1.58 ~ 2.81 mM範圍內，隨著SDS濃度的增加膠體聚集程度越低；而當SDS濃度高於2.81 mM，SDS開始在PNVF上產生類微胞叢集，且此時SDS尚未與PAA產生交互作用，而類微胞的產生會破壞PAA與PNVF之間的氫鍵作用力，進而分解該分子間複合物，因此SDS與PAA/PNVF之間的競合關係與SDS的濃度有很大的相關，並且也影響著PAA/PNVF膠體之穩定性。

    The formation of the well-defined nanoparticles between sodium dodecyl sulfate (SDS) and poly(acrylic acid) (PAA) - poly(N-vinylformaide) (PNVF) interpolymer complexes (IPCs) is investigated by fluorescent and turbidmetric methods. As we know, for the PAA/PNVF binary systems, it is shown that the formation of insoluble interpolymer complexes is observed below a certain critical pH (pHcrit). In the PAA/PNVF/SDS ternary systems, at low SDS concentration region ([SDS] < 0.38 mM), there is no obvious effect of the SDS on the IPCs structure. At medium SDS concentration region ([SDS] = 0.38 mM-1.58 mM), SDS can interact with the PAA/PNVF IPCs to form the local network. At high SDS concentration ([SDS] > 1.58 mM), hydrogen bonding interactions between PAA and PNVF are perturbed by PNVF-SDS interactions and therefore leads to the destruction of the PAA/PNVF IPCs. Furthermore, the colloidal particle aggregation behavior of PAA/PNVF are studied by dynamic light scattering (DLS), transmission electron microscope (TEM) and turbidity measurement. It is shown that the system is easy to aggregate and precipitate. Therefore, sodium dodecylsulfate(SDS) was added into PAA/PNVF system in order to improve the colloidal stability. Finally, PAA/PNVF/SDS colloidal particle will be stable when SDS concentration between 1.58 and 2.81 mM.

    總目錄 摘要 I Extend Abstract II 誌謝 IX 總目錄 XI 表目錄 XV 圖目錄 XVII 第一章、緒論 1 引言 1 1-2研究動機和目的 1 第二章、文獻回顧及探討 3 2-1 界面活性劑系統 3 2-1-1 微胞理論 3 2-2 高分子/界面活性劑系統 6 2-2-1 非離子型高分子/界面活性劑水溶液系統 6 2-2-2 聚羧酸(陰離子型高分子)/界面活性劑水溶液系統系統 10 2-3 聚羧酸/非離子型高分子水溶液系統 11 2-4 聚羧酸/非離子型高分子/界面活性劑水溶液系統 16 2-5 膠體穩定性理論 17 第三章、實驗原理 22 3-1再結晶原理 22 3-2 酸鹼度測量儀器的基本原理 22 3-2-1 Nernst Equation 22 3-2-2 直接電位法 23 3-2-3 溶液之酸鹼性 23 3-3 分光光度計的基本原理 25 3-4 螢光光譜儀的基本原理 25 3-4-1 螢光探針pyrene的應用 26 3-5 穿透式電子顯微鏡(TEM)的基本原理 28 3-6 動態光散設儀(DLS)原理 29 3-7界面電位分析儀基本原理 30 第四章、實驗系統 32 4-1 實驗藥品與儀器設備 32 4-1-1 實驗藥品 32 4-1-2 實驗器材 34 4-1-3 分析儀器 34 4-2 實驗製備方法 36 4-2-1 NVF 單體純化與減壓蒸餾 36 4-2-2 Poly(N-vinylformaimde)之合成與純化 37 4-2-3界面活性劑 Sodium dodecyl sulfate (SDS)之純化 37 4-2-4 螢光探針Pyrene之純化 38 4-2-5螢光探針法樣品之製備 38 4-2-7 酸鹼度樣品之製備 40 4-2-8 TEM樣品之製備 40 4-3 實驗步驟 40 第五章、結果與討論 43 5-1 PNVF合成鑑定 43 5-2 PAA與PNVF兩成分系統相互作用力及穩定度的探討 44 5-2-1 兩成份系統之PAA與PNVF複合比例的選用 44 5-2-2 以螢光探針及穿透度測量探討PAA/PNVF兩成份系統在不同pH環境下之構型和組成變化 45 5-2-3 濃度效應於PAA/PNVF等當量比系統之複合機制的影響 49 5-2-4以動態光散射儀與穿透度儀探討PAA-PNVF膠體系統(10 mM)之聚集行為的研究 52 5-2-5 濃度效應對等當量比之PAA/PNVF兩成份膠體系統的穩定度影響 55 5-2-6 以螢光分析儀與穿透度計比較不同非離子型高分子(PNVF、PEO、PVP、PEtOz)與PAA形成之氫鍵複合物之交互作用力 66 5-2-7 比較PAA與不同的非離子型高分子(PNVF、PEO、PEtOz、PVP)在等當量比下所形成的複合物之聚集行為的比較(10 mM) 69 5-3 界面活性劑SDS對PAA/PNVF複合機制及膠體穩定性的影響 87 5-3-1 加入SDS之兩成份系統的酸鹼範圍選擇 87 5-3-2 以螢光光譜儀與穿透度計及DLS分析SDS於PAA/PNVF系統中的交互作用及複合結構的改變([IPCs] = 10 mM) 87 5-3-3 不同pH下的PAA/PNVF/SDS三成份系統 94 5-3-4 不同氫鍵複合物與SDS之交互作用對於結構的影響 96 5-3-5以穿透度計、DLS、TEM探討SDS對於PAA/PNVF系統之膠體穩定性及聚集行為 101 第六章、結論 110 參考文獻 111 附錄1: DLS圖譜 115 A.1 不同莫耳比複合的PAA-PNVF 115 ([IPCs] = 10 mM / pH = 3) (圖5-3) 115 A.2 PAA-PEO、PAA-PVP、PAA-PEtOz DLS光強隨時間的變化(圖5-36) 116 (pH = 3.25，10 mM) 116 A.3 PAA-PEO DLS光強隨時間的變化(pH = 3.64，10 mM)(圖5-37) 116 A.4 PAA-PEtOz光強隨時間的變化(pH = 3.62，10 mM) (圖5-37) 117 A.5 PAA-PVP光強隨時間的變化(pH = 3.64，10 mM) (圖5-37) 117

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