Please use this identifier to cite or link to this item:
Title: Σύνθεση και χαρακτηρισμός αυτοιάσιμων υδροπηκτωμάτων
Other Titles: Synthesis and characterization of self - healing hydrogels
Authors: Σεντούκας, Θεόδωρος
Keywords: Πολυμερικά υδροπηκτώματα
Διηλεκτρική φασματοσκοπία
Χαρακτηρισμός πολυμερών
Χημεία πολυμερών
Ιοντικά υδροπηκτώματα
Αυτοϊάσιμες ιδιότητες
Διαφορική θερμιδομετρία σάρωσης
Keywords (translated): Polymeric hydrogels
Dielectric spectroscopy
Ionic hydrogels
Polymer chemistry
Polymer characterization
Self - healing
Self - healing properties
Differential scanning calorimetry
Abstract: Τα πολυμερικά υδροπηκτώματα (polymeric hydrogels) έχουν κύριο ρόλο στην ανάπτυξη νέων βιοϋλικών, καθώς ο υψηλός βαθμός ενυδάτωσης και η τρισδιάστατη δομή τους μοιάζουν με αυτές των φυσικών ιστών. Είναι τρισδιάστατα υδρόφιλα πολυμερικά δίκτυα, αδιάλυτα σε νερό, τα οποία έχουν την ικανότητα να διογκώνωνται απορροφώντας μια σημαντική ποσότητα νερού μέχρι να φτάσουν σε θερμοδυναμική ισορροπία, όταν τοποθετηθούν σε υδατικό διάλυμα. Τα ευφυή πολυμερικά υδροπηκτώματα που ανταποκρίνονται αναστρέψιμα σε αλλαγές του pH συντίθενται με την προσθήκη όξινων ή βασικών λειτουργικών ομάδων στην κεντρική πολυμερική αλυσίδα και γίνονται δότες ή αποδέκτες πρωτονίων, ανάλογα με τις αλλαγές του pH και της ιοντικής ισχύος του υδατικού μέσου. Τα αυτοϊάσιμα πολυμερικά υδροπηκτώματα είναι μια ειδική κατηγορία υδροπηκτωμάτων που έχουν, λόγω της δομής τους και των υδρόφοβων αλληλεπιδράσεών τους, την ικανότητα δημιουργίας νέων δεσμών στην κεντρική ή τις πλαϊνές αλυσίδες, μέσω επαναδομήσιμων μη ομοιοπολικών ή ομοιοπολικών δεσμών. Η παρούσα εργασία έχει ως θέμα τη σύνθεση και τη μελέτη της δομής και της ηλεκτρικής συμπεριφοράς αυτοϊάσιμων ευφυών πολυμερικών υδροπηκτωμάτων μέσω δυναμικών ηλεκτρικών και θερμοδυναμικών μετρήσεων. Αρχικά έγινε σύνθεση τριών δοκιμίων πολυμερικών υδροπηκτωμάτων, εκ των οποίων το πρώτο ήταν πολυ(ακρυλικό οξύ) (GPAA), το δεύτερο ήταν GPAA με προσθήκη υδρόφιλων συμπολυμερών νανοσωματιδίων Ν, Ν – Διμεθυλακρυλαμιδίου / Μηλεϊκού Οξέος (GPDMAM – co – MAc) και το τρίτο GPAA με προσθήκη υδρόφοβων νανοσωματιδίων Δωδέκυλο - μεθυλεστέρα (Lauryl Methacrylate (GPLMA)). Με τη χρήση αυτοσχέδιας διάταξης εφελκυσμού αναδείχτηκε η αυτοϊάσιμη ιδιότητα των δοκιμίων GPAA με υδρόφοβα nGPLMA. Εν συνεχεία και με τη χρήση της Ευρυζωνικής Διηλεκτρικής Φασματοσκοπίας (Broadband Dielectric Spectroscopy) μετρήθηκαν διηλεκτρικά μεγέθη, όπως η ηλεκτρική διαπερατότητα, η ειδική αγωγιμότητα, το ηλεκτρικό μέτρο και ο συντελεστής απωλειών σε ένα φάσμα συχνοτήτων από 107 Hz έως 10-3Hz και σταθερή θερμοκρασία 30 οC. Εξήχθησαν συμπεράσματα για τη ιοντική φύση της αγωγιμότητας όλων των υδροπηκτωμάτων καθώς και για τον τρόπο με τον οποίο δομείται το νερό μέσα σε αυτά με υδρόφιλες και υδρόφοβες αλληλεπιδράσεις. Τέλος με την χρήση της Διαφορικής Θερμιδομετρίας Σάρωσης (Differential Scanning Calorimetry) μελετήθηκε η ροή θερμότητας στα δείγματα συναρτήσει του χρόνου και της θερμοκρασίας και εξήχθησαν συμπεράσματα για τον τρόπο που δομείται το νερό μέσα στα πολυμερικά υδροπηκτώματα.
Abstract (translated): Hydrogels play a substantial role in the developing of novel biomaterials, as their high level of hydration and their three dimensional structure resemble those of the natural biological tissues. Hydrogels are mixtures that consist of a substantial amount of water and highly swollen, hydrophilic polymer networks. The properties of hydrogels are, to a significant extent, determined by polymer – water interactions. Smart hydrogels, or stimuli - responsive hydrogels, undergo large reversible changes, either physical or chemical, in their properties as a consequence of small environmental variations. They can respond to a single stimulus or multiple stimuli such as temperature, pH, electric or magnetic field, light intensity, biological molecules, etc., that induce macroscopic responses in the material, such as swelling/collapse or solution-to-gel transitions, depending on the physical state of the chains. Self-healing hydrogels are a specialized type of polymer hydrogel that have firm, yet elastic mechanical properties. The structure of the hydrogel, along with hydrophobic attraction forces, drive new bond formation through reconstructive covalent dangling side chain or non-covalent hydrogen bonding, when the old bonds are broken. The current thesis deals with the synthesis and study of the structure and electrical behaviour of the self – healing smart polymeric hydrogels through dynamic electric, thermodynamic measurements. Three polymeric hydrogels were synthesized, one consisting of poly(Acrylic acid) network, the second consisting of poly(Acrylic acid) with the addition of N, N- Dimethylacrylamide – Maleic Acid hydrophilic copolymer nanoparticles (GPDMAM – co – MAc) and the third consisting of poly(Acrylic acid) with the addition of hydrophobic Lauryl Methacrylate (GPLMA) nanoparticles. By using mechanical tensile tests on the speciments, their mechanical properties are presented, as also proof of self healing properties of the GPAA hydrogel with GPLMA hydrophobic nanoparticles. In continuance, by using the experimental technique of Broadband Dielectric Spectroscopy (BDS), dielectric parameteters, such as dielectric permittivity, electric modulus and conductivity, were measured. The experiments took place in fixed temperature of 30oC in a frequency range from 107 Hz to 10-3 Hz. Conclusions about the conductivity’s ionic nature in all speciments were drawn, as also about the structure of water inside the polymeric matrix with hydrophilic and hydrophobic interactions. Finally, Differential Scanning Calorimetry (DSC) was used to study the heat flow inside the speciments in function with temperature and time. Conclusions were made about the structure of the water molecules inside the polymeric matrix.
Appears in Collections:Τμήμα Φυσικής (ΜΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Sentoukas(phys).pdf3.12 MBAdobe PDFView/Open

This item is licensed under a Creative Commons License Creative Commons