基于温度线性响应特性温敏聚合物的制备及智能响应性应用

摘要

智能响应性高分子，亦称为刺激响应性聚合物，已被广泛应用于人们的日常生活中，如化学传感、药物输送等，它能够针对各种类型的刺激如pH、温度、离子强度、光、电场和磁场等做出响应，通过调整其物理化学性质或/和结构构象来适应环境变化。其中温度的控制和改变容易实现，所以温敏高分子的研究和应用受到研究者的强烈关注，如智能纺织品、药物传递系统、温敏传感器等。　　本文利用温敏单体合成了不同类型的基于温度线性响应特性的温敏微凝胶，研究了单体用量对微凝胶的粒经、线性响应温度的影响，系统的研究了微凝胶在溶液中和制成薄膜后的响应性及转变行为。在此基础上，一方面通过在棉织物上交联温敏微凝胶实现在宽温度范围内透湿性的线性控制和抗细菌粘附性;另一方面，将微凝胶旋涂制备获得了基于聚合物、可印刷、制备简单的红外探测器薄膜。此外亦实现了具有双温敏嵌段的共聚物薄膜的线性响应，初步研究了其在环境温度变化下的响应行为，并通过在PET膜上旋涂聚合物薄膜，实现了基于温敏聚合物的红外探测器的柔性化。主要工作如下:　　(1)以2-甲基-2-丙烯酸-2-(2-甲氧基乙氧基)乙酯(MEO2MA)、聚（乙二醇）甲醚甲基丙烯酸酯(OEGMA300)和末端含有羟基的聚（乙二醇）甲基丙烯酸酯(EGMA)为单体，通过自由基沉淀聚合的方法，制备合成了具有亲水性并在20-70℃较宽温度范围内具有线性响应性的P(MEO2MA-co-OEGMA300-co-EGMA)微凝胶，结果表明，微凝胶具有规整的球状结构，并且尺寸均一。将P(MEO2MA-co-OEGMA300-co-EGMA)微凝胶交联到棉织物上后，发现纤维表面和空隙覆盖有均匀、致密的微凝胶层，棉织物的柔软度、白度较原棉织物无明显变化，耐洗牢度较好。同时交联棉织物具有宽温度线性调控舒适度且抑制细菌粘附的功能。　　(2)接下来研究了温敏聚合物在红外探测器中的应用，通过自由基沉淀聚合合成了基于温度线性响应特性的P(MEO2MA-co-OEGMA300-co-AA)微凝胶，测试结果表明微凝胶在10-55℃温度范围内其DH随温度线性变化。结合SEM测试表明微凝胶具有规整的球状结构，并且尺寸均一。将微凝胶与金纳米棒(AuNRs)溶液混合后，通过旋涂法制备成薄膜，结果表明测试前后薄膜均一稳定。利用白光干涉仪探究了在饱和水蒸气环境下微凝胶薄膜的膨胀行为和升温过程中的转变行为。发现随着薄膜起始膜厚的减小，其膨胀倍率逐渐增加，薄膜的膜厚随温度的升高而线性降低，具有独特的线性响应特性。当薄膜受到850nm红外辐射时，发现薄膜的膜厚收缩率和电阻变化率随红外功率密度线性变化，同时薄膜具有很好的可逆响应性和快速响应的特点。　　(3)为了进一步探究温敏聚合物在柔性探测器中的应用，通过RAFT聚合得到嵌段共聚物P(MEO2MA-b-OEGMA300)，利用白光干涉仪测试该聚合物薄膜的水合转变行为，发现在恒温的水蒸气环境中，薄膜会吸收环境中的水分而膨胀使薄膜膜厚增加。而在升温的过程中，薄膜的膜厚随温度升高呈线性减小。基于嵌段共聚物薄膜的线性响应特性，将温敏嵌段共聚物与金纳米棒混合结合PET膜，旋涂制备探测器薄膜，初步探索温敏聚合物在柔性探测器中应用，发现在薄膜中加入纳米银线，可增加薄膜的电导率，并且薄膜均一稳定。

目录

声明

摘要

1．1引言

1．2刺激响应性微凝胶

1．2．1 pH响应微凝胶

1．2．2光响应性微凝胶

1．2．3温度响应性微凝胶

1．3智能纺织品的研究概况

1．3．1智能抗菌纺织品

1．3．2智能清洁纺织品

1．3．3智能透气／透湿纺织品

1．3．4智能温控纺织品

1．4红外探测器研究概况

1．4．1光子探测器

1．4．2热探测器

1．5课题提出及研究内容

2．1引言

2．2实验部分

2．2．1实验原料与试剂

2．2．2实验仪器

2．2．3制备P(MEO2MA-co-OEGMA300-co-EGMA)微凝胶

2．2．4交联P(MEO2MA-co-OEGMA300-co-EGMA)微凝胶的智能纺织品的制备

2．3测试与表征

2．3．3接触角测试(CA)

2．3．4扫描电子显微镜(SEM)

2．3．5X射线光电子能谱(XPS)

2．3．6透湿性测试(WVT)

2．3．7抗细菌粘附测试

2．3．8柔软度测试

2．3．9耐洗性测试

2．3．10吸水值测试

2．4．1微凝胶的结构和转变行为

2．4．2交联棉织物的表面形貌分析

2．4．3智能舒适调控

2．4．4智能纺织品的抗细菌粘附性

2．4．5服用性能

2．5本章小结

3．1引言

3．2实验部分

3．2．1实验原料与试剂

3．2．2实验仪器

3．2．3 P(MEO2MA-co-OEGMA300-co-AA)微凝胶的制备

3．2．4基于P(MEO2MA-co-OEGMA300-co-AA)微凝胶薄膜的制备

3．3测试与表征

3．3．1动态光散射(DLS)

3．3．2紫外吸收光谱(UV-Vis)

3．3．3接触角测试(CA)

3．3．4扫描电子显微镜(SEM)

3．3．5原子力显微镜(AFM)

3．3．6透射电子显微镜(TEM)

3．3．7X射线光电子能谱(XPS)

3．3．8白光干涉仪

3．3．9电阻测试

3．4结果与讨论

3．4．1微凝胶的结构和转变行为

3．4．2微凝胶薄膜的形貌表征

3．4．3白光干涉仪探究微凝胶薄膜的转变行为

3．4．4微凝胶薄膜的红外表征

3．5本章小结

第4章具有线性响应特性的温敏嵌段共聚物薄膜制备及其性能表征

4．1引言

4．2实验材料与仪器

4．3实验部分

4．3．1链转移试剂CEPA的合成

4．3．2大分子引发剂POEGMA300的制备

4．3．3温敏嵌段共聚物P(MEO2MA-b-OEGMA300)的制备

4．4结果与讨论

4．4．1 1H NMR测试表征

4．4．2GPC测定大分子引发剂与嵌段共聚物分子量

4．4．3 P(MEO2MA-b-OEGMA300)的红外光谱表征

4．4．4 P(MEO2MA-6-OEGMA300)薄膜的表面形貌

4．4．5白光干涉仪探究P(MEO2MA-b-OEGMA300)薄膜的转变行为

4．5本章小结

5．1总结

5．2展望

参考文献

附录

致谢