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多功能自修复席夫碱类高分子水凝胶的制备与性能

廖珊珊  
【摘要】:席夫碱类可自修复高分子水凝胶具有多重响应性、能源损耗少、生命周期长等优势,在生物化学、生物医药、传感识别及电子器件等领域具有广阔的应用前景。目前大部分席夫碱化合物具有疏水性及其稳定性差的缺点,使得席夫碱类自修复智能水凝胶的研制较困难,限制其应用推广。据此,本论文成功制备两种新型水杨醛席夫碱类自修复高分子智能水凝胶,把水杨醛席夫碱的动态共价键结构、可逆响应、金属配位及传感识别等优势结合至水凝胶体系中,丰富席夫碱自修复水凝胶的种类,并拓展其应用领域。(1)为解决水杨醛类席夫碱化合物水溶性不佳的难题,将其接枝在水溶性聚乙二醇咪唑盐的两端制备水杨醛封端聚乙二醇咪唑盐(2MIS-PEG),作为凝胶因子与聚乙烯亚胺(PEI)交联制备新型自修复智能水凝胶(PEI-PEG Gel)。PEI-PEG Gel可在1分钟内自修复率高达95%,同时具有优秀的力学强度,其储能模量(G’)高达2×10~4Pa。PEI-PEG Gel具有p H响应性及生物胺识别能力,在p H5时PEI-PEG Gel体系呈溶胶态,在p H5时重新形成凝胶。特别地,随着水凝胶所处环境的p H增大(5→13),水凝胶的颜色由淡黄色转变为橘红色,鉴于食物腐败所产生的胺蒸气(溶液)呈碱性,将其应用于鲜肉新鲜度的检测。水杨醛类席夫碱作为良好的金属配位体,可与多种离子络合,根据络合后水凝胶的颜色及荧光强度不同,可用于离子识别,特别地,PEI-PEG Gel与Zn~(2+)络合后,能产生强烈的蓝绿色荧光,可用于荧光书写并实现保密信息传递。(2)先合成水杨醛类席夫碱单体(APIMP),与NIPAM及AAm通过光引发聚合得到一种具有出色延展性、温度响应性、可自修复并能实现荧光调控的新型智能高分子水凝胶[P(AAm-NIPAM-APIMP)hydrogel]。P(AAm-NIPAM-APIMP)hydrogel具有出色的延展性,可拉伸至原来的2000%而不断裂,改变Zn~(2+)的浓度实现对水凝胶荧光强度的调控,当Zn~(2+)浓度为0.1M时,荧光可逆性强度增加至原来的660%,表明该水凝胶能用作循环荧光印刷材料。改变NIPAM含量的可调整水凝胶体系的相变温度,当AAm:NIPAM为150:50时,体系的DSC结果显示最大放热温度为46.4~°C,而肉眼观测在40~°C条件下水凝胶的透明度有明显改变,P(AAm-NIPAM-APIMP)hydrogel可应用于温控材料领域,例如温控窗帘等。P(AAm-NIPAM-APIMP)hydrogel还具有自修复能力,在50~°C下放置30分钟自身骨架可部分修复。这种延展性优秀且同时具有多种性能的高分子水凝胶,在信息传递、温控材料与传感器等方面均有潜在的应用前景。


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