羧甲基纤维素与丙烯酸接枝共聚凝胶的溶胀动力学及过溶胀平衡特性的研究

摘要

采用接枝共聚合成了羧甲基纤维素钠、丙烯酸与N,N'-亚甲基双丙烯酰胺的交联凝胶,研究了这类凝胶在不同pH值的缓冲溶液中的溶胀行为,发现在酸性介质中凝胶的溶胀动力学行为表现出过溶胀平衡特性(overshooting effect),即凝胶先发生溶胀到最大值,然后再逐渐消溶胀到平衡.这种现象可归因于凝胶溶胀过程中羧基之间通过氢键所产生的协同物理交联.较之凝胶的组成,缓冲溶液的pH值对过溶胀平衡现象的影响更为显著.前者是因为凝胶羧基的总摩尔分数并不随两组分结构单元摩尔数的改变而改变,羧基之间通过氢键形成的物理交联程度在交联剂摩尔分数接近的条件下变化不大;后者是由于溶液的pH值显著影响凝胶羧基的质子化程度,进而影响羧基之间通过氢键形成的物理交联程度.凝胶在酸性介质中的溶胀过程符合E.Díez-Pe(n)a等提出的溶胀动力学定量模型,理论曲线与实验数据有较好的相关性.凝胶在pH≥5.0的缓冲溶液中的溶胀不产生过溶胀平衡现象,这一现象归因于完全离子化的羧基之间不能形成物理交联.凝胶的溶胀过程遵循Schott二级溶胀动力学.