聚N-异丙基丙烯酰胺复合水凝胶的固体核磁共振表征及动力学研究.pdf

《聚N-异丙基丙烯酰胺复合水凝胶的固体核磁共振表征及动力学研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、Vo1．36高等学校化学学报No．72015年7月CHEMICALJOURNALOFCHINESEUNIVERSITIES1422—1430doi：10．7503／cjcu20150174温敏性纤维素／聚Ⅳ·异丙基丙烯酰胺复合水凝胶的固体核磁共振表征及动力学研究王敏，葛昊，宋建会，徐敏(华东师范大学物理系，上海市磁共振重点实验室，上海200062)摘要利用半互穿网络方法将具有温度响应的高分子聚Ⅳ-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)与天然纤维素复合得到温敏性水凝胶．通过固体核磁共振的H，”CCP／MAS(交叉极化／魔角旋转)和QCP(定量交叉极化)等实验手段对复合凝胶的结构进

2、行了定性及定量研究，并利用固体静态变温核磁共振实验和偶极滤波．自旋扩散实验研究了复合凝胶中PNIPAM分子链段的动力学行为．关键词固体核磁共振；温敏性水凝胶；纤维素；聚Ⅳ一异丙基丙烯酰胺；分子动力学中图分类号O631文献标志码A纤维素是世界上第一大类天然高分子材料，原料廉价易得，对环境安全友好，可生物降解，并具有良好的生物相容性和热稳定性，因而在药物缓释和生物医学材料等领域有着广泛的应用前景，在未来也将是化工原料的主力军¨l2．天然纤维素因难溶于水和一般溶剂而限制了其应用，张俐娜等首次提出用氢氧化钠和尿素混合体系在低温下溶解天然纤维素，取得了良好的溶解效果，为溶液状态下

3、纤维素衍生物的制备与合成提供了许多便利．水凝胶因其高度吸水性和透明度及良好的生物相容性和力学强度，在生物医疗、卫生和农业等领域应用广泛．周金平等用环氧氯丙烷作交联剂制得了天然纤维素水凝胶，通过多次浸泡可以除去凝胶中残留的有刺激性的碱和尿素，这样得到的纤维素凝胶在生物材料领域有良好的适用性．聚(Ⅳ_异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)是一种具有温度敏感性的智能高分子材料，它在32qC附近分子构象会发生改变而产生相转变行为，并伴随着溶胀性、透明度和力学性能的变化．由于其相转变温度(LCST)接近人体体温，所以PNIPAM在生物和医药研究领域受到广泛关注一Io3．PNIPAM可以

4、通过接枝和共聚等方法与其它高分子或无机物复合得到性能各异的功能性温敏高分子衍生物或复合水凝胶_】卜]．常春雨等_】利用纤维素和PNIPAM通过半互穿网络(IPN)方式得到了聚合物复合网络水凝胶，与纯纤维素凝胶相比，此复合凝胶在力学性能上得到增强，并提出PNIPAM分子与纤维素分子之间存在分子间氢键．固体核磁共振技术可以用于研究结晶聚合物的分子组成、相结构、高分子内部的分子结构和链段的动态信息，甚至能对复合高分子中各组分的结构及动力学进行研究．本文以天然纤维素为原材料，在碱尿低温体系下溶解后制得纤维素水凝胶，采用半互穿网络的方式使PNIPAM与纤维素复合，得到了具有快速温

5、度响应的纤维素复合水凝胶．利用固体核磁共振表征了其结构，并用固体核磁的CCP／MAS(交叉极魔角旋转)NMR和静态H偶极滤波一自旋扩散实验分别对复合材料进行了组分定量和动力学研究．1实验部分1．1试剂与仪器纤维素(棉短绒浆，分子量约为1×10)，湖北化纤集团有限公司；NaOH、尿素、过二硫酸钾收稿日期：2015-03-03．网络出版日期：2015-06-05．基金项目：国家自然科学基金(批准号：51273067)资助．联系人简介：徐敏，女，博士，教授，博士生导师，主要从事高分子材料研究．E-mail：xumin@phy．ecnu．edu．cn王敏等：温敏性纤维素／聚Ⅳ-

6、异丙基丙烯酰胺⋯⋯的固体核磁共振表征及动力学研究(KSO)和环氧氯丙烷均为A．R．级，国药集团(上海)化学试剂有限公司；N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)，A．R．级，东京化成工业株式会社；蒸馏水．日本Hitachi公司S-4800扫描电子显微镜(SEM)，加速电压为5kV．美国TA仪器公司DSCQ2OOO差示扫描量热仪，温度范围2—5O℃，升温速率为2．oo~c／min，氮气气流为50．omL／min，最低和最高温度的稳定时间为4min，每个实验循环2次．样品在德国Christ公司的Alpha1-2LDplus型冻干机上冻干．固体CCP／MASNMR和CQCPMASNM

7、R实验在德国Bruker公司的BI1lkerAVANcE600M上完成，转速为8kHz，C共振频率为150．96MHz．固体静态H氢谱及其变温实验和偶极滤波一自旋扩散实验在Bruker公司的Avance300M上完成，H共振频率为300．13MHz，选择静态探头．所有固体核磁实验均用4mm转子．1．2实验过程1．2．1温敏性纤维素水凝胶的制备将NaOH、尿素和水按照质量比7：l2：81混合，得到复合溶剂，置于冰箱中预冷至一l2℃，然后加入一定量的纤维素并快速搅拌5min，纤维素溶解形成无色透明的溶液，质量分数为4％，离心后备用．将该溶液和