PNIPAM微凝胶体系的流变学与量热学研究

摘要

胶体粒子的热波动与小分子的运动很相似，所以常被类比于小分子或原子来模拟玻璃与晶体的结构或动力学问题。与硬球胶体相比，软球胶体能够实现更广范围内胶体粒子密堆积类型的观察，其中聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAM）是一种温敏性微凝胶，其粒径能够在很窄的温度区间内发生很大的变化，这种性质为有效地调节结构及动力学行为提供了方便，为了更好地运用胶体体系来模拟材料，可以通过实验手段对胶体粒子的性质进行调控：改变组成单体的比例及种类。本文通过流变学技术，对两种共聚单体丙烯酸（AA）与甲基丙烯酸甲酯（MMA）对PNIPAM体系浓悬浮液的机械及动力学性质进行了研究，通过量热学方法对胶体体系中的固-液转变与传统玻璃化转变进行了比较，本研究能够提高充分利用胶体作为模型材料的能力，为设计材料结构及优化材料性能提供指导作用，有利于更深刻地理解玻璃化转变与胶体体系中固-液转变的关系。
　　研究发现，质量分数为6wt％的共聚物P(NIPAM-co-AA)微凝胶浓悬浮液随AA含量的增加，体系体积分数先升高后降低，固-液转变温度、屈服应力、粘度也均先升高后降低。AA含量较少时主要起到了亲水作用，含量较多时由于离子浓度增大导致体系渗透压的升高，粒子溶胀性能下降，有效体积分数降低导致体系机械性能的降低。质量分数为6 wt%的P(NIPAM-co-MMA)微凝胶浓悬浮液随MMA含量的增加体系体积分数先降低后升高，固-液转变温度、屈服应力、粘度均先降低又升高。MMA含量较少时疏水作用占主导地位，含量较多时又起到了“添加剂”的作用，体系“强度”提高而“韧性”降低。通过量热学方法对质量分数分别为0.2wt%、0.5wt%、1.0wt%、2.0wt%、3.0wt%、6.0wt%、10.0wt%及15.0wt%的P(NIPAM-co-AA)微凝胶悬浮液及浓悬浮液中发生的固-液转变进行了探讨，结果表明体系中的亲-疏水转变与固-液转变是两个独立的过程，能够通过流变学与量热学的直接对比区分开来，在稀悬浮液及浓悬浮液中粒子与水分子间的作用方式有很大不同，结果也说明了浓悬浮液中发生的固-液转变不涉及焓，完全是熵驱动过程。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 微凝胶概述

1.2 温敏性无规共聚物

1.3 胶体体系的固-液转变

1.4 研究目的及意义

1.5 研究的主要内容

第2章 实验试剂、仪器及测试方法

2.1 实验试剂及仪器

2.2 实验测试方法

第3章 AA对PNIPAM微凝胶影响的流变学研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第4章 MMA对PNIPAM微凝胶影响的流变学研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与分析

4.4 本章小结

第5章 固-液转变过程中的量热学研究

5.1 引言

5.2 实验部分

5.3 结果与分析

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的研究任务与主要成果

致谢