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快速响应性敏感大孔水凝胶的制备及其溶胀性能研究

薛玉华  
【摘要】:敏感性水凝胶以其优良的亲水和缓释等性能而广泛应用于工农业生产及生物、医药领域,成为当前的研究热点。其中研究最多的是pH和温度敏感性水凝胶,因pH和温度不但易于控制,而且是生理、生物和化学系统中两个很重要的因素。由于常规水凝胶存在一些缺点(如响应速率慢、机械性能差等),因而大大限制了水凝胶的应用,因此提高水凝胶的响应速率成为当前高分子凝胶研究和开发的一个重要课题,而最常见的是制备大孔凝胶。采用相分离来制备大孔水凝胶是一种比较有效的方法,尤其针对温敏性水凝胶而言,而采用此法对pH敏感性水凝胶研究者却很少。 本文采用相分离的方法制备了三种不同体系的敏感性大孔水凝胶,以期提高水凝胶的响应速率。以不同浓度的氯化钠水溶液作为聚合介质,首先制备出典型的pH敏感性聚丙稀酸(PAAc)大孔水凝胶,研究了其各种性质,在此基础上,为了扩大丙稀酸在水凝胶上的应用,又相继制备了pH敏感性聚(丙稀酸-co-丙稀酰胺)[P(AAc-co-AM)]大孔水凝胶以及pH与温度双重敏感性聚(N-异丙基丙稀酰胺-co-丙稀酸)[P(NIPA-co-AAc)]大孔水凝胶。讨论了大孔水凝胶的形成机理,用红外光谱仪(FT-IR)测定了它们的化学组成与结构,用扫描显微镜(SEM)观察了它们的微观形态,并通过对这些水凝胶溶胀比的测定,比较了用不同浓度的氯化钠水溶液制备的凝胶的溶胀性能(包括pH敏感性、温度敏感性、离子强度敏感性、溶胀动力学以及去溶胀动力学等)。 通过系统的研究发现:(1)NaCl水溶液作为聚合介质,其浓度的不同并不影响某一体系所得凝胶的化学组成与结构;(2)P(NIPA-co-AAc)水凝胶在聚合发生相分离过程中,有显著的形貌变化,即由透明变为白色不透明,即使纯化后,凝胶的形貌变化不大;而PAAc与P(AAc-co-AM)这两种水凝胶却没有出现这样的形貌变化;(3)聚合介质中NaCl浓度的不同,导致凝胶在聚合与交联过程中发生相分离的程度有明显的差别;当聚合介质中NaCl的浓度不小于0.3mol/L时,凝胶在聚合过程中才发生明显的相分离,其合成凝胶才具有孔洞网络结构;随着聚合介质中NaCl的浓度继续增加,其合成的凝胶含有的孔洞网络结构越来越多,并越来越大;(4)随着聚合介质中NaCl浓度的增加,其合成的凝胶在蒸馏水中具有更高的SRe,并展示了较强的pH、温度与离子强度敏感性以及较快的去溶胀和溶胀速率;(5)对于P(NIPA-co-AAc)水凝胶而言,AAc的引入能显著的提高其相转变温度,并拓宽了其相转变区间;(6)P(NIPA-co-AAc)干凝胶在蒸馏水溶胀过程中出现了溶胀拐点现象,即先缓慢的溶胀,然后出现溶胀加速;而对于PAAc与P(AAc-co-AM)这两种水凝胶而言,却没有出现这种现象;(7)由于大孔水凝胶具有响应速率快的优点,合成的这三种大孔敏感性水凝胶有望在生物领域如药物控制释放方面得到广泛的应用。


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