ampsdmaema系智能型水凝胶的合成与性能研究

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1、广东工业大学硕士学位论文AMPS/DMAEMA系智能型水凝胶的合成与性能研究姓名：范会强申请学位级别：硕士专业：应用化学指导教师：廖列文20040520摘要敏感性水凝胶是一种亲水性的但不溶解于水的高分子交联网络，它具有感知环境细微变化(如pH、离子强度、温度、光场、电场等的影响)并通过体积的溶胀和收缩来响应这些来自外界的刺激的功能，同时水凝胶吸水后还有生物材料“软而湿”的形态．这些特点是设计仿生材料、化学分离体系、药物控制释放体系以及化学阀门等的基础。本文采用水溶液聚合法制各了化学交联的AMPS／DMAEMA及AM

2、Ps／DMAEMA／NVP共聚智能型水凝胶并研究了他们的温度、pH、离子强度及电场刺激响应性，研究了AMPS／DMAEMA共聚水凝胶的合成工艺及其共聚反应动力学过程，探讨了一些提高凝胶响应速率的方法，主要研究内容及结果如下：以N、N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，以过硫酸铵和亚硫酸氢钠为氧化．还原引发剂，在水溶液中合成了AMPS／DMAEMA共聚水凝胶，以凝胶在pH=0．8的HCI溶液中的ESR为评价指标，考察了交联剂浓度、引发剂浓度、单体总浓度、单体配比等因素对水凝胶溶胀性能的影响。结果表明，在优化的实验条件下可得到

3、综合性能优良的水凝胶，经优化得到的工艺条件为：交联剂用量4．0wt％，引发剂用量O．5wt％，单体总浓度O．2g／mL．AMPS：DMAEMA=3：7(质量比、。IR的结果表明经处理用来做溶胀性能研究的水凝胶是聚合完全的聚合物网络。研究了AMPS／DMAEMA共聚水凝胶的溶胀动力学及其对温度、pH和离子强度的刺激响应性，实验规格下的凝胶块经4h就可基本达到溶胀平衡，该凝胶对离子强度、pH的变化均表现出显著的体积突变现象，且体积相变发生在离子强度和pH分别为0．1和4左右，但随温度升高凝胶的ESR在30～60℃的范围

4、内几乎呈现连续性的变化．体积相变不明显。AMPs／DMAEMA／NVP水凝胶是一类新型的同时具有温度、pH、离子强度和电场四重响应性的智能型水凝胶，实验规格下的凝胶块需要45h以上的时间才能达到溶胀平衡，且采用Firestone方法研究的结果证明溶胀表现为nOD_．Fickian行为，该凝胶对温度、pH、离子强度以及电场均表现出显著的体积突变现象，凝胶体积相变的离子强度临界值大约为0．1，凝胶的ESR在pH=2左右出现一个突跃点，并且具有较小交联度的凝胶表现出更加灵敏的pH响应性，凝胶的ESR随温度的升4月r"It

5、z：J现出不连续的跳跃式变化，其LCST在42～45。C之间，凝胶之所以具有电场响应性是由于凝胶中荷点基团(一SO。。)的抗衡离子在电场下的定向移动造成凝胶内外离子浓度或凝胶内部pH的不均匀，进一步导致离子强度的变化从而引起渗透压的变化，最后发生凝胶的体积突变或形状改变，此外疏水基团的相互作用也是不可忽视的驱动力之一。研究了提高凝胶的响应速率的一些方式，这些方式合成的水凝胶由于大都在凝胶内部引入了便于水分子通过的孔洞结构，因而表现出更为快速的温度、pH响应性，此外还对凝胶的平衡溶胀比有一定程度的影响。对AMPS与D

6、MAEMA共聚动力学研究的结果经自由基聚合反应的理论处理后得到的其动力学方程可简单表示为：Rp。c[AIBN]0”[AMPS]Li[DMAEMA]。5o关键词：AMPS；DMAEMA；水凝胶：溶胀：动力学nAbstractSensitivehydrogelispolymerc,rosslinkingnetworkwhichhasanatureofhydrophilicityandundissolveinwater，itcallresponseexternalenvironmentchange(suchaspH，io

7、nicstrength，temperature，lightfield，electricfield)throughitsowncapacityswellingorcontraction，hydrogelhasshapewith“humidityandsoft’’afterswelling，allthesefeaturesarethebasisofbionicmaterialsdesign，chemicalseparationmechanics，drugcontrolreleasemechanicsandchemica

8、lvalveandSOon．Inthispaper,chemicalcrosslinkingAMPS／DMAEMAandAMPS／DMAEMA／NVPcopolymerizationintelligenthydrogelsarepreparedbyaqua。solutionmethod，WCresearchtemperature-，pH一，ionicstre