聚N-异丙基丙烯酰胺及其共聚物的制备及环境敏感性研究

摘要

聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAAm)凝胶是一种典型的热敏性水凝胶，具有明显的低临界相变温度(LCST)。在LCST以下，PNIPAAm凝胶为亲水溶胀状态；LCST以上为疏水收缩态。加入适当的亲水或疏水性单体合成PNIPAAm共聚物水凝胶，可以在一定范围内调节聚合物的LCST，还能得到兼具pH、离子强度等环境敏感特性的水凝胶。 本文采用60Coγ-射线辐射合成PNIPAAm及其丙烯酰胺(AAm)和丙烯酸(AAc)的共聚物水凝胶，并研究了水凝胶在不同介质(如去离子水、不同离子强度的水溶液以及不同pH值的缓冲溶液)中的溶胀特性及LCST；采用乳液聚合合成PNIPAAm及其AAm共聚物的水凝胶微球，研究了引发剂、分散剂和交联剂对凝胶微球粒径的影响，并测定了热敏性变化曲线；采用磁流体代替溶剂，聚合得到磁性水凝胶微球。 本文的结果表明：辐射合成水凝胶具有温度敏感性，在一定范围内，其溶胀率随温度的升高而下降，其消溶胀过程符合修正的菲克第二扩散定律；在去离子水中，共聚物水凝胶的低临界相转变温度(LCST)随共聚单体(AAc、AAm)比例的增加而升高，而当共聚单体比例达到一定时，LCST变得不明显；PNIPAAm及其共聚物水凝胶的溶胀率随离子强度的增加有一突变的下降过程；在含有一定离子强度的溶液中，非离子Poly(NIPAAm-co-AAm)的LCST随共聚单体AAm含量的增加而增加，而离子化的Poly(NIPAAm-co-AAc)的LCST却随共聚单体AAc含量的增加而下降；溶液的pH值对凝胶的溶胀性能有显著的影响，PNIPAAm及其共聚物在不同pH值缓冲溶液的溶胀性能类似于两性型离子水凝胶。除温度的变化外，PNIPAAm及其共聚物水凝胶在pH及离子强度反复变化的情况下，也具有反复可逆的溶胀与消溶胀特性。采用NIPAAm接枝改性的聚丙烯纤维可在酸性条件下通过变化温度实现对金属离子的吸附与解吸附，这对废水的净化及离子的回收有着重要意义，这一技术已申请发明专利；采用微乳液聚合法合成了PNIPAAm及其AAm共聚物的水凝胶微球，其粒径随温度增加而减小，在一定条件下可达纳米级；凝胶微球粒径随引发剂、分散剂用量的增大而减小，随交联剂用量的增大而增大。

目录

文摘

英文文摘

原创性声明及本论文使用授权说明

第一章前言

1.1聚N-异丙基丙烯酰胺水凝胶的温度敏感性

1.2聚N-异丙基丙烯酰胺共聚物水凝胶的环境敏感特性

1.2.1温度敏感性PNIPAAm共聚物

1.2.2 PH敏感性PNIPAAm共聚物

1.2.3光敏感性PNIPAAm共聚物

1.2.4磁响应性PNIPAAm共聚物

1.2.5 PNIPAAm的接枝共聚物

1.3 NIPAAm类水凝胶的应用

1.3.1生物医学领域的应用研究

1.4本文的研究内容

第二章实验部分

2.1实验仪器

2.2实验材料与药品

2.3实验原理

2.3.1辐射引发自由基聚合及交联

2.3.2乳液聚合

2.4实验方法

2.4.1辐射法制备水凝胶

2.4.2乳液聚合制备磁性水凝胶微球

2.5水凝胶样品的性能测定

2.5.1辐照制备水凝胶样品的溶胀率测定

2.5.2 DSC法测定相转变温度(LCST)

2.5.3玻璃化温度Tg的测定

2.5.4红外光谱分析

2.5.5水凝胶微球的粒径测试

2.5.6.磁性水凝胶微球的粒径测试

2.5.7考马斯亮兰标准曲线的绘制

2.5.8考马斯亮兰释放量的测定

第三章水凝胶的溶胀

3.1凝胶溶胀理论

3.2溶胀动力学

3.3动力学实验

第四章辐射合成水凝胶共聚物的性能分析

4.1共聚物组成分析

4.1.1红外分析

4.1.2 DSC分析

4.2凝胶的温度敏感性

4.3离子强度对凝胶敏感性的影响

4.4凝胶的pH敏感性

4.4.1 PNIPAAm的pH敏感性

4.4.2 Poly(NIPAAm-co-AAm)的pH敏感性

4.4.3 Poly(NIPAAm-co-AAc)的pH敏感性

4.5药物的控制释放

第五章磁性水凝胶微球的制备及性能测定

5.1交联剂、引发剂和分散剂含量对PNIPAAm水凝胶微球粒径的影响

5.2微球的形貌及结构分析

5.3聚合物结构分析

5.3.1红外分析

5.3.2温敏性研究

5.4 CB释放速率

第六章结论

参考文献

致谢

在攻读硕士学位期间发表的学术论文

附录

附录一溶液的配置

1.缓冲溶液的配置

2.缓冲溶液离子强度的计算

3.调离子强度

4.盐溶液的配置

附录二PNIPAAm水凝胶微球粒径分布图

1.不同交联剂含量

2.不同引发剂含量

3.不同分散及含量

4.不同温度