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1、第22卷第6期南京化工大学学报Vol.22No.62000年11月JOURNALOFNANJINGUNIVERSITYOFCHEMICALTECHNOLOGYNov.2000智能型高分子凝胶及其在化工分离领域中的应用1黄健王晓琳陈秀珍(南京化工大学材料科学与工程学院,南京,210009)摘要:介绍了具有温度、光、电场、pH值、化学物质等刺激响应性的各种智能型高分子化合物,智能型高分子的分离机理及其在化工分离领域中的应用研究。关键词:智能型高分子水凝胶聚(N-异丙基丙烯酰胺)膜分离中图分类号:TQ317文献标识码:A文章编号:1007-7537(2000)06-0090-05智能材料是集
2、自检测(传感)、自判断和自结论下面几个因素决定:(1)凝胶体系的混合自由能,(处理)功能于一体的材料。材料智能行为的本质(2)高分子链的弹性压力,(3)低分子离子产生的膨是,材料接受温度、化学、电场、光等外部信号的刺胀压力,(4)凝胶体系中特殊的相互作用力。当这激后,材料的结构、能量状态发生变化而作出响应些因素达到平衡时,凝胶的膨胀呈平衡状态。一般的过程。与金属材料和无机非金属材料相比,高分说来,凝胶体积的变化与溶液的热力学性质成比子材料具有多重结构层次和较弱的分子间作用力,例。可是在一定的条件下,凝胶会因溶液性质的微并且主链和侧链上容易引入各种官能团,易于进行小变化而引起极大的体积变
3、化,即所谓的凝胶的体分子链或聚集态结构上的设计,这些因素均有利于积相变。根据Flory-Huggins理论,Tanaka研究实现高分子材料的智能化设计。[2]小组推导了凝胶的膨胀平衡公式,当高分子链上[1]1997年青岛贞人对智能型高分子作了综不带电荷或只带少量电荷时,凝胶的体积随着归一述。目前具有温度、pH值、无机盐浓度、溶剂、电化温度的变化作连续的变化。但高分子链上带有场、光等刺激应答性的高分子相继被发现。智能型的电荷数增大的时候,凝胶的体积随着归一化温度高分子常含有取代酰胺、醚键、羟基等官能团,如聚的变化作不连续的变化,发生了体积相变。凝胶的(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAAM
4、)、聚丙烯酰胺体积相变现象在某种程度上类似于从气态到液态(PAAM)、聚乙烯基甲基醚(PVME)、聚氧化乙烯的相变。醚(PEO)、聚丙烯酸(PAAC)、羟丙基纤维素根据平均场理论,凝胶是否发生不连续的体积(HPC)、聚乙烯醇-醋酸乙烯酯共聚物(PVA)和聚[3]相转变,有一简单的判据:(2-乙基44口恶唑啉)等。智能高分子可以被设计成化S=(b/a)(2f+1)(1)学阀、光阀、传感器等器件,用于智能型膜、记忆元式中,b/a代表了高分子链的长径比,f代表了高件、人工肌肉、药物释放体系等多种领域。分子链段上的离子基团数,只有S值大于290的水凝胶具有体积相变的能力。因此能够发生体积相1温
5、敏型高分子水凝胶(膜)及其分离机理变的凝胶,其高分子链段应有足够的刚性(高b/a值)和带有足够的离子基团。比如温敏性PNI-1.1PNIPAAM水凝胶的体积相转变现象PAAM的S值为800。高分子凝胶及其膜的智能化探索是智能型高聚(N-异丙基丙烯酰胺)和聚乙烯基甲基醚是分子领域内的重要课题。凝胶的膨胀度与凝胶的得到关注最多的温敏性高分子,下面主要以PNI-网络结构和溶剂的性质有关。凝胶的膨胀行为由PAAM为例来说明温敏性高分子水凝胶(膜)的分1现在清华大学化工系工作收稿日期:2000-02-17作者简介:黄健(1966年生),男,上海市人,硕士,讲师,主要研究方向为高分子材料。第6期黄
6、健等:智能型高分子凝胶及其在化工分离领域中的应用91离机理。PNIPAAM水凝胶具有温敏性,是因为BSA、ADH的吸附能力呈下降趋势,对阳离子型蛋PNIPAAM水凝胶在32℃附近发生可逆的体积相白质Lysozyme的吸附能力呈上升趋势,同时吸附转变,这个温度被称为低临界溶解温度(LCST)或能力随着蛋白质相对分子质量的增加而减小。认浊点。关于PNIPAAM水凝胶产生体积相转变的为吸附能力与凝胶分子-蛋白质分子间静电作用[4]驱动力,主要有两种观点。Prange认为在LCST力、凝胶的交联密度-蛋白质分子尺寸的关系有附近,由于环境温度微小的变化,将引起PNI-关。PAAM链段间与PNIP
7、AAM分子-水分子间的氢蛋白质的吸附行为往往依赖于吸附表面的疏[9]键作用力关系发生转变。低于LCST,PNIPAAM水性程度。Haruma采用沉淀聚合法合成了单分分子链呈卷曲状态;高于LCST,PNIPAAM分子链散性的粒径为0.5μm的PNIPAAM水凝胶微球。呈伸展状态。但实验发现,当选择疏水性较低(较随着温度的升高,35℃时PNIPAAM水凝胶微球高)的烷基时,聚(N-烷基丙烯酰胺)的LCST呈上对蛋白质HGG的吸附量发生急剧的变化,4
