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1、智能高分子凝胶简介摘要 本文介绍了智能高分子凝胶的定义、特性、分类及应用。按外界环境刺激因素如温度、pH值、光、电场和磁场等分类,介绍了智能高分子凝胶的特性,并展望了智能高分子凝胶的应用前景。关键词：高分子凝胶；智能材料；刺激性响应1智能高分子凝胶的定义高分子凝胶是由具有三维交联网络结构的聚合物与低分子介质共同组成的多元体系,其大分子主链或侧链上含有离子解离性、极性或疏水性基团,对溶剂组分、温度、pH值、光、电场、磁场等的变化能产生可逆的、不连续(或连续)的体积变化,所以可以通过控制高分子凝胶网络的微观结构与形态,来影响其溶胀或伸缩性能,从而使凝胶对外界刺激作出灵敏的响应,表现出智
2、能。2高分子凝胶的结构及特性高分子凝胶结构的特点就是三维网络或局部有序结构网络可以是通过共价键而形成的永久性结构,与硫化橡胶相似;也可以是由离子键或次价键所构成的暂时网络。网络结构的刚性和强度使凝胶能够承受弹性形变以及吸收大量的液休。2.1具有永久性的凝胶网络在这种凝胶中,大分子之间通过共价键被交联起来形成一个整体,可以认为它们的分子量是无穷大。这些凝胶是一个溶胀体,加热不能溶解,也不能熔融.它们能表现出弹性行为,弹性模量依赖于交联11密度。理论上,平均每个分子链有一个交联点就足以形成网络.而实际平均锌个分子链上的交联数远不止1。天然橡胶在典型的硫化反应中交联,平均每个分子链上的交
3、联数接近二十,两交联点之间的链段仍含有约七十个单体单元.因此,我们有理由认为高聚物凝胶网络两交联点之间的链段表现为统计线团的特性.2.2具有暂时交联网络的凝胶离子型网络结构[1]:离子型聚合物凝胶的分子链上有带电荷的点,由于正负电荷之问或电偶极与电偶极之间的相互吸引作用,使不同分子链中的带电点缔合到一起而形成网络结构以含磺酸盐(或竣酸盐)的高分子型聚合物凝胶为例,在聚合物链的某些单休单元上具有含金属有基团(磺酸盐或毅酸盐)。分子链中这些基团的含量可以通过化学途径来加以控制在非极性或低极性的溶剂中,磺酸盐(或竣酸盐)不发生离解未离解的金属一磺酸根(或金属一拨基)离子对起着电偶极的作用
4、由于偶极和偶极之问具有相五_吸引的J性质,从而离子对缔合,在一定的时间内把不同的分子链交联起来。2.3高分子凝胶刺激应答特性刺激应答特性在原理上的进一步探索研究也是成果累累。Tan-aask等人对作用在交联网络的高分子链上的4种作用力[2],一是范德华力作用引起凝胶体积相变,如聚丙烯酞胺凝胶在丙酮和水的混合溶液中,温度变化对体积改变的相图。二为疏水凝胶,如N-异丙基丙烯酞胺凝胶在纯水中11；三是氢键力的作用,如互穿网络的聚丙烯酸/聚丙烯酞胺共聚的凝胶在纯水中；四是在离子吸力作用下,如丙烯酞胺-丙烯酸钠/甲基丙烯酞胺丙基三甲基氯化胺凝胶,是一种同时含有阴、阳离子的两性离子聚合物在纯水
5、中。3智能高分子凝胶的分类智能高分子凝胶主要有温敏凝胶，PH敏感性凝胶，光敏感性凝胶，电场敏感性凝胶，压敏凝胶，磁场敏感性凝胶;以下主要介绍了温敏性高分子凝胶、PH敏感性凝胶、光敏性凝胶。3.1温度敏感性高分子凝胶温度敏感性高分子凝胶是目前研究最多的一类环境敏感性高分子水凝胶，具有此特性的高分子水凝胶的结构特征如图２所示。这些高分子链中一般都存在疏水基团，如甲基、丙基、乙基等。在众多温度敏感性高分子及其水凝胶中，聚Ｎ－异丙基丙烯酰胺（PNIPAm）是一种典型的温敏性高分子，其大分子链上同时具有亲水性的酰胺基和疏水性的异丙基，使线型PNIPAm的水溶液呈现出温度敏感特性，即随着水溶液
6、温度升高，其溶解性下降，到某一温度时会发生相分离而产生沉淀，但降低温度时，它又可逆地恢复到原来在低温下的状态。该相变温度被称为低临界溶解温度（Lowercriticalsolutiontemperature,LCST）。对于交联的PNIPAm水凝胶，高于该温度时凝胶处于收缩状态，低于该温度时凝胶处于高溶胀状态，而且这种转变也是可逆的。Lin［３］采用一种新的红外光谱技术（ATR/FT-IR）研究了PNIPAm水溶液中的分子相互作用，结果表明，在LCST以下，分子间相互作用主要在水与PNIPAm间发生；在LCST以上，PNIPAm11分子间氢键的作用占总分子作用的７０％，引发了体系的
7、聚集沉淀。田晓冬等［４］以甲基四氢呋喃丙烯酰胺和甲基四氢呋喃甲基丙烯烯酰胺与Ｎ－异丙基丙烯酰胺共聚，实现了敏感性高分子水凝胶LCST的可控制备。另外，聚Ｎ，Ｎ′－二乙基丙烯酰（PDEAm）由于其LCST（25～32℃）接近人体温度而被广泛研究。氧化乙烯和氧化丙烯的嵌段共聚物（PEO－PPO）也是一种具有温度敏感性的高分子。作为药物控制释放的载体，PEO-PPO嵌段共聚物已具有Pluronics（orPolo-xamers）及Tetronics等商品化牌号，其结构如图３
