快速响应纳米复合凝胶的合成与性能表征

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1、快速响应纳米复合凝胶的合成与性能表征111211刘洋朱美芳李天波杨驰孙宾陈彦模1纤维材料改性国家重点实验室，东华大学材料学院，上海2000512上海第二医科大学附属第九人民医院，上海200011关键词：快速响应，智能凝胶，纳米复合凝胶以水/有机混合溶剂为聚合介质合成了一系列粘土/PNIPA纳米复合凝胶（NC凝胶），发现该凝胶的平衡溶胀率随粘土用量的增加而减小；并且当水/有机混合溶剂中的有机溶剂组分达到一定比例时，可较大地改善NC凝胶的溶胀行为，如：加快了其响应速率，提高了其溶胀率。1∗快速响应粘土

2、纳米复合凝胶的合成与性能表征1∗∗11211刘洋朱美芳李天波杨驰孙宾陈彦模1纤维材料改性国家重点实验室，东华大学材料学院，上海2000512上海第二医科大学附属第九人民医院，上海200011智能水凝胶是一类对外界刺激能产生敏感响应的水凝胶，当外部环境的pH、离子强度、温度、电场以及环境中所含的其他化学物质发生变化时，高分子凝胶即呈现出“刺激一响应”状态，在化学转换器、记忆元件开关、传感器、药物的控制释放体系、个人卫生用品、人造肌肉、化学存储器、分子分离体系、活性酶的[1-3]包埋等方面有着很大的应

3、用潜力。近年来，研究人员成功制成了一种新型的智能凝胶（纳米复合智能凝胶：简[4,5]称NC凝胶），该凝胶有着优良的机械性能，如高强度、高断裂伸长率等优点，但其去溶胀速率还不是十分理想，特别是在较高的粘土含量时，其去溶胀速率较慢。相反在水/有机溶剂混合溶液中聚合制得的水凝胶有着响应速度快，平[6,7]衡溶胀度高等优点，但是其相应的机械强度很差，基本不具备应用价值。本实验试图通过把这两种水凝胶的长处结合起来，使用粘土作为交联剂，同时使用混合有机溶剂制备水凝胶，研究有机溶剂的加入对粘土纳米复合水凝胶的溶

4、胀/去溶胀动力学影响，希望可以找出水凝胶在机械强度和溶胀/去溶胀之间的平衡点，从而为制备能同时满足这两方面要求的温敏性水凝胶。实验部分将一定量单体NIPA(N-异丙基丙烯酰胺)溶解于锂皂石（Laponite）分散液中，再加入有机溶剂（丙酮、乙醇、甲醇）和加速剂N,N,N’,N’-四甲基乙二胺，搅拌均匀，最后加入一定量的过硫酸钾溶液，搅拌后转移至试管中并通氮气排出空气，o然后密封，23±1C反应24h。反应完成后将所得凝胶用切成厚度约为5mm的圆片，并将这些圆片于室温下用去离子水浸泡，每隔数小时换水

5、一次，换水4～5次，以除去未反应单体及其它残余物。以测重法测定水凝胶在23～50℃间的平衡溶胀率（SR）。平衡溶胀率定义为：∗国家自然科学基金项目（No.50473002,No.20174003）和教育部科技创新工程重大项目培育资金项目（704021）资助∗∗通讯联系人：朱美芳，Email:zmf@dhu.edu.cn2SR=(Ws－Wd)/Wd，Ws达到溶胀平衡状态时水凝胶质量，Wd为干凝胶质量。用不同时刻的凝胶的保水率（WR）来表征其失水快慢，定义为：WR=100％×（Wt-Wd）/Ws，Ws

6、和Wd定义同上，Wt为t时刻凝胶的质量。水凝胶于23℃下的去离子水中溶胀至平衡，再快速转移到50℃的去离子水中。所合成的凝胶配比如表1所示Table1CompositionsofSamples编号溶剂类型黏土wt%溶剂：水(V:V)单体wt%W3.18水3.181：1NIPA:10W2.12，W水2.121：1NIPA:10A20丙酮2.291：5NIPA:10E20乙醇2.291：5NIPA:10M20甲醇2.291：5NIPA:10A10丙酮2.291：9NIPA:10E10乙醇2.291：9

7、NIPA:10M10甲醇2.291：9NIPA:10A30丙酮2.293：7NIPA:10E30乙醇2.293：7NIPA:10M30甲醇2.293：7NIPA:10100W3.1870WW2.12A10A306080A20M30A3050)tio6040ention(%ingRaell30rret40weS20Wat20100020253035404550550510152025303540oTemperture(C)Time(min)Figure1Effectsofdifferentpolym

8、erizationmediaFigure2Effectsofacetone/waterpolymerizatonswellingratioofgelsionondeswellingrateofNCgels100100WWE10M1080E2080M20)M30E30)6060ention(%ion(%rrete4040WatWaterretent20200005101520253035400510152025303540Time(min)Time(min)Figure3Effect