刺激响应相变水凝胶的构筑及其相行为机理的研究

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刺激响应性聚合物由于其独特的化学和物理性质使之在药物递送或控释等多种领域有着巨大的应用潜力,成为极富吸引力的高分子材料,十分受学术界的欢迎。虽然对他们的研究已经进行了数十年之久,但对于设计开发出新型的刺激响应相变高分子材料及其相行为机理的研究仍然重要,完整的相行为机理可以指导人们合成出期望的刺激响应效果。本文从设计合成线型两亲共聚物和引入第三方单体乙醇胺制备接枝两亲共聚物入手,测试两种聚合物在不同环境下的相转变温度的窗口并进一步由线型两亲共聚物构筑一系列刺激响应相变凝胶,通过对多种条件下的相变温度的变化和对比总结出较为完整的相行为机理。下面简要介绍了各部分工作的主要研究内容。首先,对于线型两亲共聚物的合成和相转变的研究,我们选用了具有亲水链的聚乙二醇二缩水甘油醚和具有疏水链的聚丙二醇二缩水甘油醚为主要单体,乙醇胺为胺单体,通过一锅法缩聚来进行合成。利用傅里叶红外吸收光谱和核磁共振氢谱表征了该聚合物的化学结构,并通过凝胶渗透色谱测试了其分子量。然后使用紫外分光光度计在不同条件下进行相变透射率测试,实验结果表明聚合物水溶液浓度的升高促使相转变的提前发生,聚乙二醇二缩水甘油醚含量的增多会使转变温度升高。pH实验中,加入盐酸降低pH值和加入氢氧化钠升高pH值均会令转变温度升高。这些结果可根据氢键和静电相互作用的共存来解释。最后在循环相变实验中得到该聚合物的水溶液可以表现出稳定的可逆相转变。其次,在制备两亲接枝共聚物的实验里,我们同样选择了具有疏水性的聚丙二醇二缩水甘油醚和两亲性的单端胺聚醚胺,通过第三方单体乙醇胺来调节接枝聚合物的两亲性。测试了接枝聚合物的胶束粒径尺寸并发现与聚合物的组成关系不大。对比接枝结构与线性结构,发现接枝型两亲聚合物具有更敏感的相转变能力。最后,我们在以前合成的线型两亲共聚物的基础上,加入具有三个端氨基的聚醚胺作为交联剂,成功的合成了多重刺激响应的相变凝胶。并对亲水单体含量,pH值,氯化钠的剂量和尿素的加入量对相变行为的影响进行了充分的讨论。结果显示随着亲水性单体聚乙二醇二缩水甘油醚含量的增多,凝胶的相转变温度升高,盐酸的加入也同样会升高转变温度,这与线型两亲共聚物的实验结果一致。但加入氢氧化钠升高pH值时相转变温度却发生了小幅度的降低,通过所有相变行为实验总结了相变机理的三个主要原因,分别为疏水相互作用,电荷效应和氢键相互作用。另一方面,我们又进行了同时相变水凝胶的溶胀行为测试,结果为高温减弱溶胀能力,酸性条件增强溶胀能力。
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