Cellulóz alapú hidrogélek előállítása és jellemzése

A hidrogélek nagy mennyiségű víz megkötésére alkalmas térhálós polimerek. Széles területen alkalmazzák őket, mint például az egészségügyben, a mezőgazdaságban és az analitikában. Legelterjedtebbek az akrilát alapú gélek, azonban napjainkban egyre jelentősebbek a törekvések a megújuló alapanyagokkal való helyettesítésükre. Kutatásom célja a legnagyobb mennyiségben megújuló nyersanyag, a cellulóz származékainak felhasználásával a gyakorlati követelményeknek megfelelő hidrogélek előállítása.

Három cellulóz-származék [karboxi-metil-cellulóz (CMC), hidroxi-etil-cellulóz (HEC), hidroxi-propil-cellulóz (HPC)] felhasználásával állítottam elő különböző összetételű hidrogéleket. A térhálót három módszerrel hoztam létre: hőkezeléssel, citromsavas keresztkötéssel és γ-sugárzással iniciált térhálósodással. Utóbbi műveletben keresztkötő ágensként N-N’-metilén-biszakrilamidot, N-vinil-pirrolidont és akrilsavat alkalmaztam.

Az előállított géleket a duzzadási fokkal és a szol-gél aránnyal jellemeztem, a morfológiát SEM felvételek alapján értékeltem ki. Meghatároztam az előállítási paraméterek hatását a tulajdonságokra: a hőkezelés esetén a hőkezelési idő és a hőmérséklet, a citromsavas térhálósítás esetén az ágens- és oldatkoncentráció, míg sugárzásos keresztkötés esetén a dózis, a keresztkötő ágensek jelenlétének és koncentrációjának hatását. További lényeges tényező volt keverékek esetén az összetétel, illetve a duzzadási vizsgálatok során a pH és az ionerősség hatása és a vízfelvétel időfüggése.

Mindhárom eljárás alkalmasnak bizonyult gélek előállítására. A hőkezelés során a kezelési idő és a hőmérséklet növelése jobb térhálót eredményezett. Túl nagy hőmérséklet/ hosszú hőkezelés esetén a minták degradálódtak. A citromsav már kis koncentrációban erős térhálót hozott létre, a koncentráció növelése a duzzadást csökkentette. HEC gélek előállítására nem bizonyult alkalmasnak, azonban a CMC-HEC keverékek tulajdonságai jobbak voltak a CMC gélekénél. A sugárzásos eljárásnál a dózissal nőtt a térhálósűrűség és a gélarány, de nagy dózisok esetén (>100 kGy) a láncok degradációja került előtérbe. Keresztkötő ágensek adagolásával és koncentrációjuk növelésével az adott tulajdonságú gélek előállításához szükséges dózis jelentősen csökkenthető volt.

A minták vízfelvétele az első órákban volt jelentős, majd ezt követően lelassult. Az egyensúly 10-24 óra alatt állt be, a minták típusától függően. A duzzadási fok jelentősen csökkent az oldat ionerősségének növelésével, míg pH-függése maximummal rendelkező görbét eredményezett. A keresztkötők alkalmazása és az előállítás módja jelentősen befolyásolta a minták morfológiáját.

szerző

• 
  Fekete Tamás
  műanyag és száltechnológiai mérnöki
  nappali

konzulensek

• 
  Dr. Borsa Judit
  egyetemi tanár, Fizikai Kémia és Anyagtudományi Tanszék
• 
  Dr. Takács Erzsébet
  tudományos tanácsadó, Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudományi Tanszék