PNIPAm溫敏凝膠的制備與性能研究.pdf

1、PNIPAm凝膠因其同時(shí)具有親水性的酰胺基和疏水性的異丙基，使其系列聚合物具有優(yōu)良的溫敏特性并廣泛應(yīng)用于藥物緩釋、物料分離、免疫分析、酶的固定等領(lǐng)域。根據(jù)具體應(yīng)用的不同，如溫敏機(jī)械閥、生物傳感器、人工肌肉等，需要響應(yīng)速率快或抗壓模量大的凝膠。因此凝膠溫敏響應(yīng)速率和抗壓模量成為評(píng)價(jià)其性能的重要參數(shù)。如何提高凝膠響應(yīng)速率及抗壓模量值得不斷深入研究。致孔劑法可以制備快速響應(yīng)的溫敏凝膠；冷凍法可以制備快速響應(yīng)或高強(qiáng)度的凝膠。
　　 本文

2、以致孔劑法和冷凍法制備了P(NIPAm-co-AAm)共聚凝膠(簡(jiǎn)寫作PNA)和PNIPAm均聚凝膠(簡(jiǎn)寫作PN)，探討了單體濃度、交聯(lián)劑濃度、致孔劑、冷處理、冷凍前反應(yīng)時(shí)間等因素對(duì)凝膠諸多性能的影響。以不同分子量的聚乙二醇(PEG)為致孔劑，在18℃下制備了多孔結(jié)構(gòu)的PNA共聚凝膠，并與PN多孔均聚凝膠作了對(duì)比。
　　 實(shí)驗(yàn)表明：PNA共聚凝膠由于引入親水性的丙烯酰胺，故其低臨界溶解溫度(Lower Critical Solu

3、tion Temperature，LCST)比PN均聚凝膠高。PEG的加入只是作為致孔劑，由于沒有引入新的官能團(tuán)，故對(duì)低臨界溶解溫度沒有影響。本文所制多孔PNA凝膠顯示了比無(wú)孔PNA凝膠更快的溶脹/退脹速率，更高的低溫態(tài)溶脹率和更低的高溫態(tài)溶脹率，這些與均聚PN凝膠相似。但由于引入較多高活性低位阻的親水性丙烯酰胺，PNA凝膠與相應(yīng)的PN凝膠相比，溶脹速率更快(但PNA多孔凝膠的超Ⅱ型遷移現(xiàn)象不如PN多孔凝膠明顯)而退脹速率更慢，低溫態(tài)溶

4、脹率更低而高溫態(tài)溶脹率更高，并且擁有更高的抗壓模量。其次，本文以冷凍法制備了PNA凝膠和PN凝膠，并將傳統(tǒng)方法制備的凝膠進(jìn)行了冷處理實(shí)驗(yàn)。冷凍法分兩步：第一步在18℃下進(jìn)行，第二步在-18℃下進(jìn)行。冷處理和控制凍前時(shí)間(冷凍前的反應(yīng)時(shí)間，即第一步用時(shí))對(duì)凝膠性能影響很大。凍前時(shí)間的控制能夠使凝膠性能產(chǎn)生多方面劇變，在凝膠化時(shí)間點(diǎn)前轉(zhuǎn)冷可以制備超孔快速凝膠，在凝膠化后轉(zhuǎn)冷可以制備高強(qiáng)度凝膠。在凝膠化時(shí)間點(diǎn)以前轉(zhuǎn)冷的凝膠，由于超級(jí)大孔的存在

5、且結(jié)構(gòu)疏松，水分子進(jìn)出阻力小，因此突出特點(diǎn)是溶脹退脹極快但抗壓模量小。在凝膠化時(shí)間點(diǎn)后轉(zhuǎn)冷的凝膠，抗壓模量激增，原因可能是其局部強(qiáng)化的網(wǎng)格與封閉水泡協(xié)同作用產(chǎn)生了類似細(xì)晶強(qiáng)化的效果。隨著凍前時(shí)間的推移，凝膠的抗壓模量曲線呈現(xiàn)兩低一高共三個(gè)平臺(tái)，并在第三平臺(tái)末期接近傳統(tǒng)方法制備的凝膠。經(jīng)充分溶脹的凝膠通過冷處理，由于冰晶對(duì)網(wǎng)絡(luò)有重整作用，溫敏凝膠退脹速率有了較大提高，但其它性能改變不大。研究還發(fā)現(xiàn)：凝膠冷處理前的溶脹程度越高，重整效果越明