高溶脹度熱敏性水凝膠的合成及性能研究.pdf

1、熱敏性水凝膠是一類新型高分子材料,在化學(xué)和生物物質(zhì)的分離、藥物控制釋放、高吸水性樹脂、酶的固載、化學(xué)和生物傳感器等工農(nóng)業(yè)和國防科技領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。增加熱敏性水凝膠的溶脹度,控制其體積相變溫度,提高溫敏性對(duì)于擴(kuò)大熱敏性水凝膠的應(yīng)用范圍和效能有著重要發(fā)意義。本工作選擇N-異丙基丙烯酰胺(NIPA)為熱敏性單體,分別以丙烯酸鈉(SA)和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)為親水性的單體,以N-叔丁基丙烯酰胺(NTBA)和N-雙丙酮丙烯

2、酰胺(DAA)為憎水性的單體,以自由基聚合的方法合成了幾個(gè)系列的三元共聚物水凝膠。通過紫外檢測(cè)、觀察濁點(diǎn)的變化研究了這些水凝膠的前體-線形共聚物的低臨界溶液溫度(LCST),考察了單體組成、離子強(qiáng)度、溶液的pH值對(duì)于LCST的影響。在水凝膠的合成中,對(duì)于常規(guī)的方法進(jìn)行了一些改進(jìn),采用了長鏈的、柔順性的三縮四乙二醇-雙丙烯酸酯為交聯(lián)劑,水與二氧六環(huán)為混合溶劑,選用油溶性的引發(fā)劑,在高于水凝膠體積相變溫度的條件下進(jìn)行反應(yīng)。通過測(cè)定水凝膠的平

3、衡溶脹度和溶脹速率發(fā)現(xiàn):所得水凝膠在室溫下有較高的平衡溶脹度,而當(dāng)溫度升到一定程度時(shí),水凝膠脫溶脹,表現(xiàn)出同時(shí)具有高溶脹度和高熱敏性。
　　 本文第二章用N-異丙基丙烯酰胺,丙烯酸鈉,N-叔丁基丙烯酰胺進(jìn)行共聚,在加交聯(lián)劑和不加交聯(lián)劑的情況下,分別得到線形的聚合物和交聯(lián)的三元共聚物水凝膠。測(cè)定了線形共聚物水溶液的吸光度隨溫度的變化,發(fā)現(xiàn)隨著共聚物中SA含量的增加,其LCST是上升的；而隨著NTBA的加入,共聚物的LCST逐漸下降

4、,而且共聚物的LCST下降的程度與所加入的NTBA大致上成比例。還測(cè)定了熱敏性水凝膠在不同溫度下的溶脹度,當(dāng)NTBA加入到共聚物體系中,其體積相變溫度就會(huì)下降,由于NTBA的加入會(huì)使得溶脹度相應(yīng)降低,但三元共聚物的溶脹度仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于NIPA均聚物的溶脹度。從而我們了解到,通過NIPA與親水性和憎水性單體的比例調(diào)節(jié),可以得到同時(shí)具有高溶脹度和溫度響應(yīng)性的熱敏性水凝膠。熱敏性水凝膠的LCST和溶脹度可以通過調(diào)節(jié)共聚物中NTBA的量來滿足我們

5、的要求。
　　 本文第三章用N-異丙基丙烯酰胺(NIPA),丙烯酸(AA)、N-雙丙酮丙烯酰胺(DAA)為單體,利用自由基聚合的方法,分別合成了NIPA與AA,NIPA與DAA的二元共聚物和NIPA與AA和DAA三元線形共聚物,測(cè)定了這些線形共聚物的LCST,研究了離子強(qiáng)度和pH值對(duì)于LCST的影響。最后合成了以這三種組分為原料的熱敏性水凝膠,測(cè)量了水凝膠的平衡溶脹度和熱敏性能,研究了溶脹和脫溶脹的速率。還進(jìn)行了溶脹、脫溶脹和再

6、溶脹的實(shí)驗(yàn),以考察水凝膠的重復(fù)使用性能。結(jié)果發(fā)現(xiàn):此工作合成的水凝膠比起第二章所得到的水凝膠有更好的平衡溶脹度。脫溶脹和再溶脹實(shí)驗(yàn)表明,水凝膠有較好的重復(fù)使用性能。
　　 本文第四章以(N-異丙基丙烯酰胺),2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸鈉,N-叔丁基丙烯酰胺為單體,合成了一系列不同組分的線性三元共聚物。通過測(cè)定在不同溫度下的透射率研究了LCST.考查了聚合物濃度和鹽的濃度對(duì)于其LCST的影響。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn):隨著聚合物中憎水性組

7、分的增加,其LCST的數(shù)值是下降的；隨著聚合物濃度的增加,其LCST是下降的,而且在不同的濃度時(shí),下降速率并不一樣。相變溫度隨著聚合物濃度的增加而變得范圍狹窄；鹽的存在也使聚合物的LCST下降。
　　 本文第五章用N-異丙基丙烯酰胺(NIPA)與甲基丙烯酸-β-羥乙酯(HEMA)進(jìn)行反相懸浮聚合,合成了具有熱敏性的水凝膠微球。元素分析表明:HEMA在共聚物中的組成高于合成時(shí)的投料比,紅外光譜表征了共聚物的結(jié)構(gòu)。從微球的表觀密度、

8、真密度、孔體積、孔度的測(cè)定及其掃描電鏡圖了解到,微球內(nèi)部具有大孔結(jié)構(gòu)。在不同溫度下的溶脹度測(cè)定和DSC分析表明水凝膠有明顯的熱敏性,最后用返滴定的方法測(cè)定了羥基含量。如果在羥基的基礎(chǔ)上進(jìn)一步功能化,該工作合成的熱敏性水凝膠微球?qū)⒕哂袧撛诘挠米鞴滔嗪铣傻妮d體。
　　 本文第六章以半天然產(chǎn)物羥丙基甲基纖維素為原料,用二乙烯基砜將其交聯(lián)合成了抗電解質(zhì)的熱敏性水凝膠,研究了此熱敏性水凝膠在去離子水和幾中不同鹽水中的溶脹性能。研究發(fā)現(xiàn):此

9、類水凝膠比起離子性水凝膠在純水中的溶脹度要小,而在鹽水中的溶脹度要大,說明有較好的抗離子性。而當(dāng)水中的離子強(qiáng)度到達(dá)一定程度時(shí),水凝膠也表現(xiàn)出由鹽引起的體積相變,即體積突然變小。在低離子強(qiáng)度而不同溫度下溶脹度的測(cè)量表明水凝膠有一定的熱敏性。
　　 全文合成了五個(gè)系列的熱敏性水凝膠,詳細(xì)地研究了它們的某些線性共聚物的低臨界溶液溫度,考察了離子強(qiáng)度和pH值對(duì)于LCST的影響。測(cè)定了這些熱敏性水凝膠的平衡溶脹度,溶脹速率,脫溶脹速率,初