N-异丙基丙烯酰胺—丙烯酸酯共聚物温敏复合材料的合成与性能研究

摘要

温敏聚合物材料是一类引人注目的智能高分子材料,该材料水溶液随着温度的升高,溶解性下降,到某一温度时会发生相分离而浑浊,在降低到该温度以下时,它又变为澄清透明的溶液,这一相变温度称之为低临界溶解温度(Low critical solution temperature,LCST)。由于这一特性,使得温敏性聚合物在遮光体、温度控制以及室内装饰、分离膜及药物缓释等的应用中有极好的前景。
　　聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPA)是目前研究得较多的一类具有温敏聚合物,本文采用溶液聚合法合成了一系列不同配比、不同分子量的NIPA/甲基丙烯酸甲酯(MMA)、甲基丙烯酸乙酯(MEA)、甲基丙烯酸丁酯(MBA),NIPA/丙烯酸乙酯(EA)、丙烯酸丁酯(BA)二元线型共聚物,并利用核磁共振氢谱(~1H NMR)、红外光谱(FT-IR)、热力学分析(DSC-TG)对它们结构与组成进行了表征。研究了共聚物组分比、不同浓度、种类的无机盐溶液对共聚物温敏性能的影响。结果表明,通过改变共聚单体的配比LCST可在18~32℃范围内调节。对聚合物水溶液进行可见光透射率测试发现,共聚物水溶液在LCST附近透光率变化显著,共聚物水溶液在LCST温度之上为白浊状态而在该温度下为清澈透明状,该变化过程呈现可逆性;可逆变化迅速,透明至白浊状态通常可以在2~3分钟内完成:可逆循环超过1000次以上。采用纤维素衍生物与共聚物水溶液进行复合,制取了不易流动的温敏复合胶液,其LCST比相应共聚物水溶液提高约1℃,透明至白浊状态转变响应时间变化不大,可逆循环仍然超过1000次以上。采用聚乙烯醇与共聚物水溶液进行复合,制得了完全不流动的固态温敏复合水凝胶,该水凝胶透光率在90％以上,具有温敏智能变色性能,其响应温度可在19~33℃内调节,透明至白浊状态转变响应速度为3~6分钟,可逆循环达到3000次以上。该水凝胶是一类性能良好的智能调光材料,有望在建筑上作为遮阳挡光隔热的节能窗体智能材料使用。

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 PNIPA类温敏性聚合物

1.2.1 NIPA单体及其温敏性聚合物概况

1.2.2 PNIPA类温敏性聚合物的应用

1.2.3 PNIPA类温敏性聚合物的分类

1.3 N-异丙基丙烯酰胺类温敏性聚合物的合成研究及进展

1.3.1 N-异丙基丙烯酰胺类温敏性聚合物的研究历史

1.3.2 N-异丙基丙烯酰胺类聚合物温敏原理

1.3.3 N-异丙基丙烯酰胺类温敏性聚合物的合成方法

1.4 智能调光材料

1.4.1 电致变色调光材料

1.4.2 温敏性调光材料

1.5 本课题的选题意义和思路

第二章 N-异丙基丙烯酰胺类温敏性聚合物的合成与表征

2.1 引言

2.2 N-异丙基丙烯酰胺-丙烯酸酯温敏共聚物的制备

2.2.1 试剂及仪器

2.2.2 PNIPA均聚物的合成

2.2.3 不同比例MMA/MEA/MBA与NIPA共聚物的制备

2.3 特性粘数的测定及分子量的测定

2.4 结果与讨论

2.4.1 共聚单体对共聚物LCST的影响

2.4.2 反应温度的影响

2.4.3 反应时间的影响

2.4.4 引发剂偶氮二异丁腈用量的影响

2.4.5 反应溶剂的影响

2.4.6 无机盐种类及浓度对聚合物水溶液稳定性能的影响

2.4.7 聚合物的FT-IR分析

2.4.8 聚合物的~1H NMR分析

2.4.9 聚合物的TG分析

2.4.10 聚合物水溶液LCST的测试

2.4.11 聚合物水溶液的透光率性质研究

2.4.12 共聚物水溶液的UV-VIS分析

2.5 本章小结

第三章 NIPA共聚物水溶液与纤维素复合材料的制备

3.1 引言

3.2 共聚物水溶液与纤维素复合材料的制备

3.2.1 试剂及仪器

3.2.2 复合胶液的制备

3.3 结果与讨论

3.3.1 纤维素种类的影响

3.3.2 纤维素浓度的影响

3.3.3 添加无机盐的影响

3.4 调光材料的应用

3.5 本章小结

第四章 聚乙烯醇复合NIPA类共聚物水凝胶的制作

4.1 引言

4.2 共聚物水凝胶的制备

4.2.1 聚乙烯醇的筛选

4.2.2 交联剂的筛选

4.2.3 试验方法

4.3 结果与讨论

4.3.1 体系PH的影响

4.3.2 戊二醛浓度的影响

4.3.3 聚乙烯醇浓度的影响

4.3.4 PVA复合水凝胶厚度调光性能的影响

4.3.5 PVA复合水凝胶的DSC/TG分析

4.3.6 PVA复合后LCST的影响

4.4 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

附录:硕士论文期间发表论文情况

致谢