温敏型智能纳米凝胶微球的制备、性能及应用研究

摘要

近年来，复合材料不断向功能化和智能化的方向发展，对环境刺激响应性水凝胶的研究也不断深入。在众多环境敏感型聚合物中，聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAAM)因其自身优良的温敏性能和与人体体温相近的较低临界溶解温度(lower critical solution temperature，LCST)，受到了研究学者的广泛关注。
　　本文使用自由基沉淀聚合法（free radical precipitation polymerization）制备了粒度均匀、形貌良好、分散稳定的PNIPAAM纳米凝胶微球和聚(N-异丙基丙烯酰胺-co-丙烯酸)(P(NIPAAM-co-AA))纳米凝胶微球。PNIPAAM纳米凝胶微球具有优异的温度响应性能，P(NIPAM-co-AA)纳米凝胶微球具有优异的温度和pH双重响应性。在环境温度由25℃变化至45℃过程中，PNIPAAM的粒度变化约为43.3％，P(NIPAM-co-AA)的粒度变化超过了65.4％。使用温度-粒度曲线和差示扫描量热法表征了凝胶微球的温度响应性需要一定的时间。本实验中，随着表面活性剂用量的上升，PNIPAAM凝胶微球的粒度逐渐下降，凝胶微球的粒度分布更均匀;加入少量交联剂会使凝胶微球的粒度有所降低，凝胶微球分布更加均匀;当丙烯酸含量为15％时，P(NIPAM-co-AA)纳米凝胶微球在pH值为4.2和7.0两个条件下体积变化率最大。
　　经过温度和pH双重响应性纳米凝胶微球整理的纯棉织物，亲水性小幅度提升，在较高温度下具有优异的透湿率，具有开发智能透湿运动纺织品的潜能。将纳米凝胶微球用于再生纤维复合膜的制备，纳米凝胶微球、碳纳米管与再生纤维素纤维相容性良好。在温度升高或者有近红外激光照射时，复合膜对罗丹明B染料分子的渗透性能提升，复合膜渗透性能具有响应性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 智能水凝胶概述

1．2 凝胶微球的制备方法

1．3 智能水凝胶的应用

1．3．1 纺织领域

1．3．2 水处理领域

1．3 ．3 药物缓控释领域

1．4 复合膜的分类和制备方法

1．5 复合膜的应用

1．6 本课题研究的目的及意义

第二章 聚N-异丙基丙烯酰胺纳米凝胶微球的合成及表征

2．1 实验试剂

2．2 实验设备

2．3 实验方法

2．3．1 PNIPAAM凝胶微球的合成

2．3．3 P(IPPAM-co-NVP)凝胶微球的合成

2．4 测试与表征

2．4．1 形貌表征

2．4．2 结构表征

2．4．3 粒度及温敏性能测试

2．4．4 差式扫描量热分析

2．4．5 热重分析

2．5 结果与讨论

2．5．1 凝胶微球的形貌

2．5．2 凝胶结构表征

2．5．3 PNIPAAM凝胶微球的温敏响应性能

2．5．4 P(NIPAAM-co-AA)凝胶微球的环境响应性能

2．5．5 凝胶微球相转变过程中吸放热分析

2．5．6 凝胶微球的热性能分析

2．6 本章小结

第三章 聚N-异丙基丙烯酰胺纳米凝胶微球合成条件优化及性能分析

3．1 实验试剂

3．2 实验设备

3．3 实验方法

3．3．1 优化合成PNIPAAM凝胶微球表面活性剂用量

3．3．2 优化合成PNIPAAM凝胶微球交联剂用量

3．3．3 优化合成P(NIPAM-co-AA)凝胶微球丙烯酸用量

3．4 测试与表征

3．4．1 粒度测试

3．4．2 温敏性表征

3．5 结果与讨论

3．5．1 表面活性剂含量对凝胶微球粒度的影响

3．5．2 交联剂含量对凝胶微球粒度及粒度分布的影响

3．5．3 丙烯酸用量对P(NIPAAM-co-AA)凝胶微球性质的影响

3．6 本章小结

第四章 温敏凝胶微球在织物整理中的应用

4．1 实验试剂

4．2 实验设备

4．3．2 棉织物的纳米凝胶整理

4．4 测试与表征

4．4．1 织物表面形貌表征

4．4．2 热重分析

4．4．3 亲水性能测试

4．4．4 透湿性能测试

4．4．5 导湿性能测试

4．5 结果与讨论

4．5．1 整理后的织物形貌表征

4．5．2 织物热重分析

4．5．3 织物亲水性能

4．5．4 织物透湿性

4．5．5 整理织物的导湿性能测试

4．6 本章小结

第五章 温敏凝胶微球／碳纳米管／纤维素复合膜的制备与应用

5．1 实验试剂

5．2 实验设备

5．3 实验方法

5．3．4 复合膜的制备

5．4 测试与表征

5．4．1 再生纤维索复合膜形貌表征

5．4．2 热重分析

5．4．3 差热分析

5．4．4 热机械性能分析

5．4．5 X射线衍射分析

5．4．6 复合膜渗透性能测试

5．5 结果与讨论

5．5．1 再生纤维素复合膜的形貌

5．5．2 复合膜成分及结构表征

5．5．3 复合膜热分析

5．5．4 复合膜染料扩散性能表征

5．6 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

发表论文与参加科研情况

致谢