Synthesis and Characterization of Thermo-responsive Poly(N-isopropylacrylamide)-grafted Porous Silica Particles

Abstract

이 연구에서는 온도감응성 고분자인 poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAm)와 다공성 실리카 구형 마이크로 입자의 복합체를 3-(trimethoxysilyl)propyl methacrylate (MOP)라는 이중 결합을 가지는 silane coupling agent를 이용하여 제조하였다. 첫 번째로, W/O 에멀젼에 tetraethyl orthosilicate (TEOS)와 MOP를 연속적으로 투입함으로써 이중 결합으로 표면 처리된 구형 실리카 입자를 얻을 수가 있었다. 여기서 W/O 에멀젼의 물 상은 물, SDS, 그리고 암모니아로 구성되었고, 오일 상은 1-octanol, HPC, 그리고 Span 80으로 이루어졌다. 이 과정에서, TEOS의 반응 시간과 전체 반응 시간을 다르게 하면서 MOP의 적절한 투입 시기를 알아보았다. 또한, TEOS와 MOP의 몰 비를 변화시키면서 MOP의 투입량이 MOP-실리카 입자 형성에 어떠한 영향을 끼치는지 관찰하였다. 두 번째로, MOP-실리카와 NIPAm 단량체를 KPS (개시제), MBA (가교제), TEMED (촉매)를 이용하여 물과 에탄올의 혼합 용매 내에서 라디칼 공중합시킴으로써 PNIPAm-실리카를 제조하였다. 이 중합 반응에서는 반응 온도, 가교제의 농도, 그리고 MOP-실리카와 NIPAm 단량체 간의 질량비를 변화 시킴으로써, 이 변수들이 PNIPAm-실리카 입자의 제조에 어떠한 영향을 끼치는지를 연구하였다. MOP-실리카와 PNIPAm-실리카의 형성은 FE-SEM, TEM, FT-IR, TGA, 그리고 BET로 분석하였고, 제조한 PNIPAm-실리카 복합체의 LCST는 DSC를 통해 관찰하였다.; In this study, the composites of thermo-responsive poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAm) as an organic part and mesoporous silica micro-spheres as an inorganic part were synthesized by using 3-(trimethoxysilyl)propyl methacrylate (MOP) as a silane coupling agent to introduce double bond onto bare silica particles. First, MOP-modified spherical silica particles were prepared by the sequential additions of tetraethyl orthosilicate (TEOS) and MOP into W/O emulsion consisting of aqueous ammonia solution including SDS as a water phase and 1-octanol dissolving hydroxypropyl cellulose (HPC) and Span 80 as an oil phase. This emulsion-based reaction involves with sol-gel process. In this step, the reaction time of TEOS and total reaction time were changed to study the proper moment of the addition of MOP into W/O emulsion. The molar ratio of TEOS to MOP was varied to observe the effects of the increased amount of MOP on the formation of MOP-silica particles. Second, PNIPAm-grafted silica microparticles were synthesized by the radical copolymerization of MOP-silica particles and NIPAm monomers in the mixture of water and ethanol. Potassium peroxodisulfate (KPS), N,N’-methylenebisacrylamide (MBA), and N,N,N’,N’-tetramethylethylenediamine (TEMED) were used as an initiator, a cross-linking agent, and an accelerator. The radical copolymerization was carried out with the variation of reaction temperature, concentration of cross-linking agent, and weight ratio of MOP-SiO2 particles to NIPAm monomers. The formations of MOP-functionalized silica micro-spheres and PNIPAm-grafted silica microparticles were characterized by FE-SEM, TEM, FT-IR, TGA, and BET. The lower critical solution temperature (LCST) of the synthesized thermo-responsive PNIPAm-silica particles was investigated by DSC.