Study on preparation and absorption of hydrophilic-hydrophobic hydrogels

Abstract

The hydrogel is a three-dimensional structure material made from hydrophilic polymers. Hydrogel, therefore, can absorb and contain a lot of water. The primary aim of the present work is to develop the elastic porous hydrogel by using a bi-continuous high internal phase emulsion (HIPE) process. The hydrophilic internal phase of synthesized bi-continuous is poly(acrylic acid), P(AA). The hydrophobic external phase is a crosslinked elastomer. The elastomer was selected from natural rubber (NR), styrene-butadiene rubber (SBR), or butadiene rubber (BR). The influence of surfactant type, e.g. GEPAL CO-890, TWEEN80, and Span80, on yield and morphology of prepared hydrogel was examined. Then, study on the appropriate surfactant’s concentration (5-20%w/v) for prepare hydrogel. The use of Span80 as an emulsifier illustrated the highest yield and the smallest pore-size hydrogel. The optimum concentrations of Span80 used for prepare poly(AA/SBR) hydrogel, poly(AA/BR) hydrogel, and poly(AA/NR) hydrogel were 10%, 15%, and 15%w/v of total emulsion system, respectively. The equilibrium water absorption value of poly(AA/SBR) hydrogel was 404%. The water-absorption percentages at the equilibrium of poly(AA/BR) hydrogel and poly(AA/NR) hydrogel were 194% and 291%, respectively. The compressive modulus at 50% strain of poly(AA/SBR) hydrogel was 1.14 MPa, while those of poly(AA/BR) hydrogel and poly(AA/NR) hydrogel were 0.16 and 3.16 MPa, respectively. The poly(AA/SBR) hydrogel showed a hundred percent dimensional recovery after releasing of compressive load. After three cycles of water absorption-drying process, the synthesized bi-continuous poly(AA/SBR) hydrogel revealed more dimensional stability than that of the porous poly(AA) hydrogel prepared form normal HIPE technique.

ไฮโดรเจลเป็นวัสดุที่มีโครงสร้างแบบสามมิติที่เตรียมขึ้นจากพอลิเมอร์ประเภทไฮโดรฟิลิกจึงมีความสามารถในการดูดซึมและกักเก็บน้ำในปริมาณมาก วัตถุประสงค์ของงานวิจัยนี้คือการพัฒนาวัสดุไฮโดรเจลรูพรุนที่มีความยืดหยุ่นโดยใช้กระบวนการ bi-continuous high internal phase emulsion (HIPE) โดยมีเฟสภายในที่ชอบน้ำคือพอลิอะคริลิกแอซิด, poly(AA) ในขณะที่เฟสภายนอกเป็นแบบไม่ชอบน้ำคือวัสดุอิลาสโตเมอร์ที่ผ่านการเชื่อมขวางจากยางธรรมชาติ (NR), ยางสไตรีนบิวตะไดอีน (SBR) หรือ ยางบิวตะไดอีน (BR) ทำการศึกษาอิทธิพลของชนิดของสารเสถียรอิมัลชัน (IGEPAL CO-890, TWEEN80 และ Span80) ที่มีต่อร้อยละผลผลิตและสัณฐานวิทยาของวัสดุไฮโดรเจลที่เตรียมได้ และศึกษาอิทธิพลความเข้มข้นของสารเสถียรอิมัลชัน (5-20%w/v ของปริมาตรอิมัลชัน) ที่เหมาะสมต่อการเตรียมไฮโดรฟิลิก-ไฮโดรโฟบิก ไฮโดรเจล ผลการศึกษา Span80 เป็นสารเสถียรอิมัลชันทำให้ไฮโดรเจลที่เตรียมได้มีร้อยละผลิตภัณฑ์มากที่สุดและมีขนาดรูพรุนเล็กที่สุด เมื่อนำสารเสถียรอิมัลชันมาปรับความเข้มข้นที่ใช้ในการเสถียรพบว่าความเข้มข้นของ Span80 ที่เหมาะสมที่สุดสำหรับใช้เตรียม poly(AA/SBR) hydrogel, poly(AA/BR) hydrogel, และ poly(AA/NR) hydrogel คือ 10%, 15%, และ 15% w/v ตามลำดับ อิทธิพลความเข้มข้นของสารเสถียรอิมัลชันส่งผลต่อความสามารถในการดูดซึมน้ำโดยพบว่า ค่าการดูดซึมน้ำที่สภาวะสมดุลของ poly(AA/SBR) hydrogel คือ 404% ในขณะที่เปอร์เซนต์การดูดซึมน้ำที่สภาวะสมดุลของ poly(AA/BR) hydrogel และ poly(AA/NR) hydrogel อยู่ที่ 194% และ 291% ตามลำดับ มอดูลัสของความต้านทานต่อการกดอัดที่ 50% strain ของ poly(AA/SBR) hydrogel มีค่าเท่ากับ 1.14 MPa ในขณะที่ค่าดังกล่าวของ poly(AA/BR) hydrogel และ poly(AA/NR) hydrogel มีค่า 0.16 และ 3.16 MPa ตามลำดับ ในขณะที่ poly(AA/SBR) hydrogel สามารถคืนตัวกลับได้มากที่สุด 100 เปอร์เซ็นต์ หลังจากการนำแรงกดออก นอกจากนี้ยังพบว่าไฮโดรฟิลิก-ไฮโดรโฟบิก ไฮโดรเจลที่เตรียมได้หลังจากผ่านกระบวนการดูดซึมน้ำและการทำแห้งสามรอบพบว่าวัสดุไฮโดรเจลแบบ bi-continuous poly(AA/SBR) hydrogel ที่สังเคราะห์ขึ้นมีเสถียรภาพของรูปทรงที่ดีกว่า poly(AA) hydrogel แบบรูพรุนที่เตรียมจากเทคนิค HIPE แบบปกติ