波聚合制备温度/pH敏感型共聚水凝胶材料

来源 :河南省化学会2012年学术年会 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liongliong469
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聚(N-异丙基丙烯酰胺)水凝胶作为温度敏感水凝胶的典型产品,只对单一的温度信号敏感,在实际的使用环境中,往往不止一种刺激信号存在,因而随着智能水凝胶材料研究工作的深入开展,研究和开发具有双(多)重响应功能的智能水凝胶材料已成为这一前沿领域的重要发展方向.由于温度和pH值是生理、生物和化学系统中的两个重要因素,所以兼具温度和PH值双重敏感特性的水凝胶,作为一种新型的高分子材料正日益受到关注.聚丙烯酸(PAAc)是pH敏感性水凝胶,其制备成本低,具有好的生物粘附性,丙烯酸常被用来制备温度和PH值双重敏感水凝胶.波聚合是指利用化学反应自身的放热将单体转化为聚合物的一种聚合方法,也被称为前端聚合或前线聚合,是近年来非线性化学动力学领域的研究热点.单体被引发后发生聚合反应,释放聚合热;聚合热扩散,引发邻近的单体发生聚合,放出更多的反应热,形成狭窄的热反应区,称为反应前沿或者波界面;如果热损失不大,热波会自发向未反应区域逐步蔓延,直到所有原料全部聚合.本文采用波聚合工艺以AAc和NIAPAM为主要原料,制得具有温度及pH双重敏感特性的P(NIPAM-co-AAc)共聚水凝胶.研究了两种单体相对组成对波速、波温、产物结构、响应性能的影响.DSC测试表明共聚物的分子链结构均匀,接近理想共聚,这是因为波聚合的高温消除了两种单体竞聚率的差异,有效抑制了不均匀高分子链结构的产生;随着丙烯酸相对用量的增加,波速和波温都表现出增加的趋势:当AAc用量从2%mol增加到10 mol%时,波温从135℃增加到139℃,波速从7.9 mm/min增大至10.4 mm/min;共聚物的孔尺寸从10μm增加到25 μm;共聚水凝胶表现出热缩型温敏特征,饱和溶胀率随着温度的升高而降低;随着AAc单体相对用量从2mol%增加到10 mol%,凝胶的LCST从40℃升高到55℃,凝胶的室温饱和溶胀率从35 g./g增加到82 g/g,响应时间从156 min缩短到66 min.以上变化主要源于共聚结构中亲水单元含量的增加及水凝胶孔尺寸的增大;P(NIPAM-co-AAc)水凝胶同时呈现良好的pH值敏感性:随着缓冲溶液pH值的增大,凝胶的溶胀率逐渐增加,在碱性环境中的溶胀率远高于酸性环境中的溶胀率;随着AAc含量增加,共聚水凝胶的pH敏感性更加明显;振荡实验表明:P(NIPAM-co-AAc)共聚凝胶具有良好的温度/pH响应可逆性;AAe含量越多,溶/退涨振幅越大;共聚水凝胶可以用作开关阀重复使用.以上结果表明波聚合法不仅工艺简单、反应快、能耗低,而且制备的聚合物具有结构均匀、响应性灵敏等优势.
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