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研究生: 余幸芳
Yu, Hsing-Fang
論文名稱: 十二烷基硫酸鈉與聚丙烯酸/聚(N-乙烯吡咯烷酮)氫鍵複合物之交互作用機制研究
Study of the Interaction Mechanism between Sodium Dodecyl Sulfate and the Hydrogen-Bonded Complex of Poly(acrylic acid) and Poly(N-vinylpyrrolidone)
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: 2011
畢業學年度: 99
語文別: 中文
論文頁數: 81
中文關鍵詞: 聚丙烯酸聚乙烯吡咯烷酮十二烷基硫酸鈉複合物
外文關鍵詞: poly(acrylic acid), poly(N-vinylpyrrolidone), sodium dodecyl sulfate, complex
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  • 於水溶液中,聚丙烯酸(poly(acrylic acid),PAA)與聚乙烯吡咯烷酮(poly(N-vinylpyrrolidone),PVP)兩高分子間的氫鍵作用力使PAA與PVP形成具疏水性質的分子間複合物。本研究主要在PAA/PVP高分子混合溶液中加入陰離子型界面活性劑十二烷基硫酸鈉(sodium dodecyl sulfate,SDS),以探討SDS對PAA/PVP氫鍵複合作用的影響,並藉由螢光光譜、特徵黏度、穿透度、酸鹼度等資訊,詳細地分析PAA、PVP與SDS各種作用力之間的競合關係。
    本研究分為兩個部分,第一個部分藉由PAA-(H)-PVP疏水性質探討PAA與PVP氫鍵配對之情形。從螢光光譜及毛細管黏度計的實驗結果得知,改變溶液酸鹼環境會影響PAA與PVP之間的氫鍵複合作用。在pH=6.5~8.5的環境下,PAA高分子鏈伸展舒張,較易與PVP配對形成PAA-(H)-PVP氫鍵複合物。當PAA/PVP高分子溶液呈現勻相狀態時,氫鍵複合物的生成並不影響整個系統的特徵黏度。藉由改變PAA與PVP濃度及重複單位莫耳比的結果,發現PVP的酮基(C=O)與PAA的羧酸(COOH)是以大於1:1的方式進行配對,且PAA-(H)-PVP氫鍵複合物的生成取決於PVP濃度之大小。
    本研究的第二部份是在PAA/PVP高分子混合溶液中加入界面活性劑SDS,探討SDS對PAA-(H)-PVP氫鍵複合物的影響。由兩成分系統的結果得知,在pH=7.5~7.9的環境下,PAA-(H)-PVP氫鍵結合作用最強,故選擇於此操作條件下探討PAA/PVP/SDS系統,結果顯示三成分系統的[I1/I3]py值會隨著溶液中SDS含量的增加而上升,表示SDS會削弱PAA-(H)-PVP的疏水性質。PAA/PVP/SDS系統平原區間的[I1/I3]py值低於PVP/SDS系統。持續增加溶液中SDS的濃度,三成分系統的[I1/I3]py值傾向與PVP/SDS系統重合,表示SDS具有把PAA-(H)-PVP中的PAA與PVP相互分開的效果。此現象也與以pH=5.3~5.5為系統的結果相符。當pH=9.7~10.4時,由於PAA與PVP之間的氫鍵結合較弱,使PAA/PVP/SDS系統螢光光譜的整體趨勢與PVP/SDS系統相同。SDS受到帶高度負電的PAA影響,令三成分系統的[I1/I3]py值高於PVP/SDS系統。

    The hydrogen interaction of the interpolymer hydrophobic complex were formed between poly(acrylic acid) and poly(N-vinylpyrrolidone) in aqueous solution. The effect of the sodium dodecyl sulfate on the complex of PAA and PVP had been characterized by by turbidimetric, fluorescent, specific viscosity, pH meter methods.
    The study was divided into two sections. The first section had been studied the hydrogen interaction of PAA and PVP in aqueous solution by the hydrophobic characteristic. The effect of the pH on the complex were formed between PAA and PVP in aqueous solution. At the pH=6.5~8.5, the hydrogen complex were formed easy by the PAA polymer chain stretching. When the PAA-(H)-PVP hydrophobic complex solution were clear, it would not effect the viscosity of the system. When we changed the concentration and radio of PAA and PVP, then we could found that the ketone of PVP and the carboxylic acid of PAA were binded over 1. Furthermore the hydrogen complex would be decided by the concentration of PVP.
    The second section had been studied that the effect of the sodium dodecyl sulfate on the hydrogen complex of PAA and PVP. The result of section one, we knowed that the complex would be the strongest when solution was pH=7.7~7.9. And the [I1/I3]py of the PAA/PVP/SDS system indicated that it was found to decrease the hydrophobic of the system with the increasing the concentration of SDS. The [I1/I3]py of the three components system in the plateau was lower than the system of PVP/SDS. If we increased the concentration of SDS again, the system of PAA/PVP/SDS and the system of the PVP/SDS would be overlap. Indicated that the PAA and PVP were isolated. And the phenomenon of the PAA/PVP/SDS system in pH=5.3~5.5 was the same. At the pH=9.9~10.3, the hydrogen bonding of PAA and PVP were weak. There were electrostatic repulsion between PAA and SDS, and then the [I1/I3]py of the PAA/PVP/SDS system was higher then PVP/SDS system.

    總目錄 考試合格證明 I 中文摘要 II ABSTRACT III 誌謝 IV 總目錄 V 表目錄 IX 圖目錄 X 第一章、緒論 1 1-1 引言 1 1-2 研究動機和目的 1 第二章、文獻回顧 3 2-1 界面活性劑系統 3 2-1-1 界面活性劑的種類 3 2-1-2 微胞理論 5 2-2 非離子型高分子/界面活性劑之系統 7 2-2-1 以表面張力探討非離子型高分子/界面活性劑之交互作用力 7 2-2-2 以螢光光譜探討非離子型高分子/界面活性劑之交互作用力 8 2-2-3 以NMR探討非離子型高分子/界面活性劑之交互作用力 10 2-3 聚羧酸/界面活性劑之系統 11 2-3-1 以螢光光譜探討聚羧酸/界面活性劑之交互作用力 12 2-3-2 以黏度變化探討聚羧酸/界面活性劑之交互作用力 14 2-3-3 以其他技術探討聚羧酸/界面活性劑之交互作用力 14 2-4 聚羧酸/非離子型高分子之系統 15 2-5 聚羧酸/非離子型高分子/界面活性劑之系統 16 第三章、實驗原理 17 3-1 純化的基本原理 17 3-1-1 再結晶 17 3-1-2 蒸餾 17 3-2 酸鹼度測量儀器的基本原理 18 3-2-1 Nernst Equation 18 3-2-2 直接電位法 18 3-2-3 玻璃電極 19 3-2-4 溶液之酸鹼性 19 3-3 光譜學的基本原理 21 3-4 分光光度計的基本原理 22 3-4-1 儀器元件 22 3-4-2 Beer- Lambert Law 23 3-4-3 定量分析 25 3-5 螢光光譜儀的基本原理 26 3-5-1 儀器元件 26 3-5-2 螢光探針pyrene的應用 27 3-6 黏度的基本原理 28 3-6-1 牛頓流體(Newtonian fluid) 28 3-6-2 非牛頓流體(non-Newtonian fluid) 29 3-6-3 Poiseuille's law 29 3-6-4 毛細管黏度計 29 3-6-5 本質黏度[η] 30 3-6-6 臨界交疊濃度c* 31 3-6-7 Mark-Houwink Equation 32 第四章、實驗系統 33 4-1 實驗藥品與儀器設備 33 4-1-1 實驗藥品 33 4-1-2 實驗器材 34 4-1-3 分析儀器 35 4-2 實驗製備方法與步驟 37 4-2-1 界面活性劑Sodium dodecyl sulfate (SDS)之純化 37 4-2-2 螢光探針Pyrene之純化 37 4-2-3 螢光探針法樣品之製備 37 4-2-4 穿透度樣品之製備 39 4-2-5 酸鹼度樣品之製備 39 4-2-6 黏度樣品之製備 39 第五章、結果與討論 40 5-1 等當量比之PAA/PVP兩成分系統的結果分析 40 5-1-1 PAA/PVP兩成分系統製備方式的差異 40 5-1-2 等當量比之PAA/PVP兩成分系統的結果分析 43 5-2 不同成分比例之PAA/PVP兩成分系統的結果分析 49 5-2-1 濃度效應對等當量比之PAA/PVP兩成分系統的影響 51 5-2-2 PAA濃度異動對PAA/PVP兩成分系統的影響 52 5-2-3 PVP濃度異動對PAA/PVP兩成分系統的影響 52 5-3 PAA/SDS兩成分系統交互作用之探討 55 5-3-1 綜合整理PAA/SDS兩成分系統 55 5-3-2 以螢光光譜、特徵黏度及酸鹼度探討PAA/SDS兩成分系統 56 5-4 等當量比之PAA/PVP/SDS三成分系統的結果分析 61 5-4-1 等當量比之PAA/PVP/SDS三成分系統(10 mM) 62 5-4-2 等當量比之PAA/PVP/SDS三成分系統(5 mM) 70 5-5 不同成分比例之PAA/PVP/SDS三成分系統的結果分析 73 5-5-1 5 mM PAA/10 mM PVP/SDS三成分系統 73 5-5-2 10 mM PAA/5 mM PVP/SDS三成分系統 75 第六章、結論 77 參考文獻 78 表目錄 表 4-1 螢光光譜儀設定參數 36 表 4-2 黏度計適用範圍 36 表 4-3 螢光探針法樣品的製備方式 38 表 5-1 不同成分比例對PAA-(H)-PVP氫鍵複合物生成之影響 53 表 5-2 比較PAA/SDS兩成分系統的臨界微胞濃度cmc 57 表 5-3 比較PAA/PVP/SDS系統之臨界濃度及吸附比率(pH=7.5~7.9) 74 表 5-4 比較PAA/PVP/SDS系統之臨界濃度及吸附比率(pH=5.3~5.5) 76 圖目錄 圖 1-1 PAA/PVP/SDS三成分系統各種作用力之間的競合關係 2 圖 2-1 界面活性劑的基本結構 3 圖 2-2 表面張力與界面活性劑濃度變化示意圖 5 圖 2-3 界面活性劑水溶液於臨界微胞濃度cmc前後的物理性質變化 6 圖 2-4 不同型態的微胞結構 7 圖 2-5 表面張力及螢光光譜圖 (a) PEO/SDS系統;(b) PVP/SDS系統 9 圖 2-6 高分子/界面活性劑類微胞叢集型態之項鍊模型 10 (a) 高分子鏈環繞類微胞叢集物;(b) 高分子鏈穿越類微胞叢集物 10 圖 3-1 電子能階躍遷示意圖 21 圖 3-2 分光光度計光徑圖 22 圖 3-3 螢光光譜儀光徑圖 26 圖 3-4 螢光探針pyrene (a) 分子能階示意圖;(b) 螢光放射光譜圖 28 圖 3-5 不同濃度高分子水溶液的型態結構 32 (a) 高分子濃度<c*;(b) c*<高分子濃度<ce;(c) 高分子濃度>ce 32 圖 4-1 PAA/PVP/SDS三成分系統配置流程圖 38 圖 5-1 高分子溶液的配置方式 40 圖 5-2 高分子溶液配置流程圖 41 圖 5-3 不同製備方式對PAA/PVP氫鍵複合物的影響 42 (a) 穿透度及螢光光譜[I1/I3]py趨勢圖;(b) 特徵黏度變化趨勢圖 42 圖 5-4 不同環境對等當量比之PAA/PVP氫鍵複合物的影響 43 (a) 穿透度及螢光光譜[I1/I3]py趨勢圖;(b) 特徵黏度變化趨勢圖 43 圖 5-5 不同酸鹼環境的PAA/PVP氫鍵複合物型態結構之變化 48 圖 5-6 不同成分比例對PAA/PVP氫鍵複合物的影響 49 (a) 螢光光譜[I1/I3]py趨勢圖;(b) 特徵黏度變化趨勢圖 49 圖 5-7 不同成分比例的PAA/PVP氫鍵複合物水溶液之狀態 50 圖 5-8 不同環境的PAA/SDS兩成分系統螢光光譜[I1/I3]py趨勢圖 57 (a) [PAA]=5 mM (dilute solution);(b) [PAA]=10 mM (semi-dilute solution) 57 圖 5-9 不同環境的PAA/SDS兩成分系統交互作用之概況 58 [PAA]=5 mM 特徵黏度變化趨勢圖(a);酸鹼環境變化趨勢圖(b) 58 [PAA]=10 mM 特徵黏度變化趨勢圖(c);酸鹼環境變化趨勢圖(d) 58 圖 5-10 PVP/SDS兩成分系統螢光光譜[I1/I3]py示意圖 61 圖 5-11 等當量比之PAA/PVP/SDS三成分系統(10 mM) 62 (a) 螢光光譜[I1/I3]py趨勢圖;(b) 螢光光譜[IE/IM]py趨勢圖; 62 (c) 特徵黏度變化趨勢圖;(d) 酸鹼環境變化趨勢圖 62 圖 5-12 等當量比之PAA/PVP/SDS三成分系統(5 mM) 70 (a) 螢光光譜[I1/I3]py趨勢圖;(b) 螢光光譜[IE/IM]py趨勢圖; 70 (c) 特徵黏度變化趨勢圖;(d) 酸鹼環境變化趨勢圖 70 圖 5-13 5 mM PAA/10 mM PVP/SDS三成分系統 73 (a) 螢光光譜[I1/I3]py趨勢圖;(b) 螢光光譜[IE/IM]py趨勢圖; 73 (c) 特徵黏度變化趨勢圖;(d) 酸鹼環境變化趨勢圖 73 圖 5-14 10 mM PAA/5 mM PVP/SDS三成分系統 75 (a) 螢光光譜[I1/I3]py趨勢圖;(b) 螢光光譜[IE/IM]py趨勢圖; 75 (c) 特徵黏度變化趨勢圖;(d) 酸鹼環境變化趨勢圖 75

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    下載圖示 校內:2016-08-08公開
    校外:2016-08-08公開
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