智能型聚丙烯酰胺類水凝膠的光化學合成及其性能研究.pdf

1、智能型(環(huán)境響應性)凝膠,是對外界刺激如溫度、pH值、溶劑組成、光、電場、化學物質等能產(chǎn)生敏感響應行為的一類水凝膠。尤其是溫度及pH敏感水凝膠,其溶脹、退脹行為受環(huán)境溫度及pH值控制,在藥物的控制釋放、生物材料培養(yǎng)、分離、蛋白酶的活性控制這些方面有獨特的優(yōu)勢,所以同時也要求其具有較好的生物相容性。丙烯酰胺類單體頗具應用價值和開發(fā)潛力,其中聚N,N-二甲基丙烯酰胺(PDMAA)具有很好的親水性和生物相容性。所以若將DMAA引入敏感性凝膠,

2、其應用前景將十分廣闊。本論文主要研究了含PDMAA的共聚物P(DMAA-co-MMA)水凝膠、P(DMAA-co-MMA)/納米SiO2復合水凝膠,不同結構的P(DMAA-co-NIPAm)共聚物水凝膠以及pH/溫度雙重響應型P(AAc-co-NIPAm)共聚物水凝膠、溫度/pH雙重敏感互穿網(wǎng)絡P(AAc-co-NIPAm)水凝膠的光化學合成、網(wǎng)絡結構及其對溫度、離子強度、pH的響應性等行為。所得結論對于光化學合成不同性能的智能型水凝膠

3、提供了重要的理論意義和參考價值。主要工作和結論如下:
　　一、用光化學方法快速合成了PDMAA水凝膠,較傳統(tǒng)熱聚合簡便、快捷。同時,還得到了制備較高溶脹比和水凝膠產(chǎn)率的實驗條件(光照時間為100 s,交聯(lián)劑用量定為單體質量的1.5％)。
　　1)通過加入少量MMA(甲基丙烯酸甲酯)作為共聚單體,可有效增強了凝膠網(wǎng)絡的強度;加入MMA共聚單體可以減緩溶液的pH值對該水凝膠的影響;
　　2)通過添加少量改性后的nano-S

4、iO2,在增強體系強度的同時提高了凝膠的溶脹度及溫度響應性。研究結果表明:該水凝膠有一定的離子強度、pH值及溫度響應性。
　　二、分別在50℃和28℃下用光化學方法快速合成 P(DMAA-co-NIPAm)水凝膠,高溫(50℃)時制備的P(DMAA-co-NIPAm)水凝膠具有較為疏松的網(wǎng)絡結構和相對較快的溶脹、消溶脹速率及溫度和離子(NaC1溶液濃度在0.1~3.0 mol/L范圍內(nèi))響應性。
　　三、在紫外光輻照的條件下

5、快速合成了兩種網(wǎng)絡結構不同的pH/溫度雙重響應型 P(AAc-co-NIPAm)水凝膠,該方法合成的P(AAc-co-NIPAm)水凝膠在堿性條件下具有較高的溶脹度,具有明顯的pH值敏感性;在酸性條件下具有“熱縮”溫敏特性(與熱聚合所得凝膠性質不同),且高溫合成的P(AAc-co-NIPAm)凝膠較室溫合成的凝膠具有更加明顯的溫度響應性。
　　四、首次用光化學的方法合成了互穿網(wǎng)絡水凝膠P(AAc/NIPAm),該互穿網(wǎng)絡水凝膠具有

6、明顯的pH值敏感性,堿性條件下溶脹度明顯大于酸性條件;同時保留了良好的PNIPAm的溫度敏感性,酸性條件下為“熱脹型”凝膠,堿性條件下為“熱縮型”凝膠。
　　本文的另外一個研究內(nèi)容是氮氧自由基(HTEMPO)對N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)的可控光聚合初探,初步證實了該方法應對N,N-二甲基丙烯酰胺的光可控/“活性”聚合有一定的可行性。得到了最佳的光聚合實驗條件(薄膜反應器的選擇、光引發(fā)劑的種類和用量、輻照光強的強度、輻照時間

7、、調控劑的種類等等);在單分子調控體系中我們通過實驗選擇調控介質/引發(fā)劑為1.0(mol/mol),引發(fā)劑質量百分數(shù)為2.5%的體系作為進一步研究的對象,在轉化率達到80%的范圍內(nèi),得到轉化率與時間關系有良好的線性關系,其動力學曲線也有近似線性關系,聚合物分散性指數(shù)在1.2~1.5之間,取得了較好的預期可控結果。在雙分子調控體系下,PMP(五甲基哌啶醇)與 HTEMPO作為控制介質在 DMAA的光聚合體系中起到了良好的協(xié)同調控作用。在轉