具有线性响应特征的温敏微凝胶的结构设计及其响应机理研究

摘要

近年来，温敏微凝胶在智能纺织品、药物可控释放、环境保护等领域有着潜在的应用前景，而受到了人们越来越多的关注。本文从科学地设计微凝胶的核壳结构出发，将特殊的结构与温敏性相结合，制备具有线性响应特征的温敏微凝胶。由于此微凝胶独特的转变行为，其可以满足更多的应用需求，比如应用于纳米驱动器和纳米传感器上。
　　本文通过选用不同的单体分别制备了不同类型的温敏微凝胶以及温度、pH双响应微凝胶，系统地研究了所制备的微凝胶的结构和转变行为，包括粒径及其分散性和温敏性等，并对核壳微凝胶的线性响应机理进行了初步的研究。取得的主要研究成果如下:
　　(1)通过沉淀聚合法制备了聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)微凝胶，然后以此微凝胶为核溶液，以聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯(OEGMA300)为单体制备了PNIPAM/POEGMA300核壳微凝胶。首先对PNIPAM微凝胶的性能进行了研究，实验结果表明制备获得的PNIPAM微凝胶具有温敏性，且交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)的用量对微凝胶的性能有一定的影响，MBA用量越多，PNIPAM微凝胶分散液的透光率、微凝胶的粒径及去溶胀比均减小。对PNIPAM/POEGMA300微凝胶的结构研究表明，此微凝胶确实形成了核壳结构，该微凝胶在温度为35～65℃之间具有线性响应特征，其线性响应是当温度超过内核PNIPAM的体积相转变温度(VPTT)时，通过内核的收缩对外壳的牵拉作用实现的。而且MBA的用量对核壳微凝胶的性能也有影响，微凝胶分散液的透光率、微凝胶的粒径和去溶胀比均随着MBA用量减小而增加，粒径线性拟合斜率的绝对值也越大，即微凝胶的线性响应更明显。
　　(2)分别以聚N-异丙基甲基丙烯酰胺(PNIPMAM)微凝胶为核，以聚2-甲基-2-丙烯酸-2-（2-甲氧基乙氧基）乙酯(PMEO2MA)为壳，合成了PNIPMAM/PMEO2MA微凝胶。与PNIPAM/POEGMA300微凝胶不同的是，内核PNIPMAM的VPTT比外壳PMEO2MA的要高，当温度超过外壳PMEO2MA的VPTT(25℃)时，外壳的收缩会挤压内核，直到温度达到内核PNIPMAM的VPTT(45℃)，因此在温度为25～45℃之间，核壳微凝胶具有线性响应特征。此外，交联剂MBA用量对微凝胶的颗粒大小和收缩行为均有影响。
　　(3)为了在PNIPAM/POEGMA300微凝胶中实现pH响应性，在外壳制备过程中加入丙烯酸(AAc)单体，合成了PNIPAM/P(OEGMA300-co-AAc)微凝胶。该微凝胶具有温度和pH双重响应性。该微凝胶不仅在35～65℃具有线性响应特征，其线性响应机理与PNIPAM/POEGMA300微凝胶一致;而且当介质pH小于PAAc的pKa时，微凝胶具有温敏性，当介质的pH值大于PAAc的pKa时，微凝胶的体积相转变行为消失，即不具备温敏性能。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 智能微凝胶的研究概况

1．2．1 温敏性微凝胶

1．2．2 pH响应性微凝胶

1．2．3 温度及pit双响应微凝胶

1．3 微凝胶的主要合成方法

1．3．1 沉淀聚合

1．3．2 乳液聚合

1．3．3 溶液聚合

1．3．4 分散聚合

1．4 智能微凝胶的结构类型

1．4．1 无规共聚结构

1．4．2 接枝共聚结构

1．4．3 互穿网络结构

1．4．4 核壳结构

1．5 智能微凝胶的应用领域

1．5．1 纺织服装领域

1．5．2 药物可控释放

1．5．3 环境保护

1．6 课题研究目的及主要研究内容

第2章 PNIPAM／POEGMA300核壳温敏微凝胶的合成及性能表征

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 主要实验试剂

2．2．2 主要实验仪器

2．2．3 核壳微凝胶的制备

2．2．4 结构表征和性能测试

2．3 结果与讨论

2．3．1 PNIPAM／POEGMA300温敏微凝胶内核

2．3．2 PNIPAM／PoEGMA300温敏微凝胶

2．4 本章小结

第3章 PNIPMAM／PMEO2MA核壳温敏微凝胶的合成及性能表征

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 主要实验试剂

3．2．2 主要实验仪器

3．2．3 核壳微凝胶的制备

3．2．4 结构表征和性能测试

3．3 结果与讨论

3．3．1 PNIPMAM／PMEO2MA温敏微凝胶内核

3．3．2 PNIPMAM／PMEO2MA温敏微凝胶

3．4 本章小结

第4章 PNIPAM／P(OEGMA300-co-AAc)双响应微凝胶的合成及性能表征

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 主要实验试剂

4．2．2 主要实验仪器

4．2．3 双响应微凝胶的制备

4．2．4 结构表征和性能测试

4．3 结果与讨论

4．3．1 PNIPAM／P(OEGMA300-co-AAc)双响应微凝胶的合成

4．3．2 PNIPAM／P(OEGMA300-co-AAc)微凝胶的结构

4．3．3 PNIPAM／P(OEGMA300-co-AAc)微凝胶的形态

4．3．4 PNIPAM／P(OEGMA300-co-AAc)微凝胶接触角测试

4．3．5 PNIPAM／P(OEGMA300-co-AAc)微凝胶线性响应特征

4．3．6 交联剂MBA用量对PNIPAM／P(OEGMA300-co-AAc)微凝胶性能的影响

4．3．7 不同pH条件下PNIPAM／P(OEGMA300-co-AAc)微凝胶的温敏性

4．3．8 PNIPAM／P(OEGMA300-co-AAc)微凝胶的pH响应性

4．4 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

攻读学位期间的研究成果

致谢