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P（AA/AMPS）及PVA-P（AA/AMPS）智能水凝胶的研究

作　者: 余娜
导　师: 林松柏
学　校: 华侨大学
专　业: 材料学
关键词: 丙烯酸(AA) 2-丙烯酰胺基-2甲基丙磺酸(AMPS) 聚乙烯醇(PVA) 智能水凝胶 体积相变
分类号: O631
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要


刺激响应性高分子凝胶是结构、物理和（或）化学性质可以随外界环境改变而变化的一类智能材料。水凝胶吸水以后还有生物材料“软而湿”的形态,这些特点是设计仿生材料、化学分离体系、药物控制释放体系以及化学阀门等的基础。本文采用水溶液聚合法制备了化学交联的P（AA/AMPS）共聚物水凝胶及PVA-P（AA/AMPS）半互穿网络水凝胶,研究了它们的pH、离子强度及电场刺激响应性,以及它们的合成工艺和溶胀动力学,探讨了P（AA/AMPS）共聚物水凝胶在无机盐和有机溶剂与水混合溶液中的体积相变行为。主要研究内容及结果如下:1.以过硫酸钾（K2S2O8）为引发剂,四甲基乙二胺为辅助剂,N,N’-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,通过水溶液聚合法合成了P（AA/AMPS）共聚物水凝胶。以水凝胶在pH=2、7、12中的平衡溶胀比ESR为评价指标,对其合成工艺进行了优化,从而得到了合成该凝胶的最佳工艺条件:AA:AMPS=3:1（摩尔比）,引发剂用量为0.6%,交联剂用量为0.7%,反应温度为50℃,单体浓度为25%;在P（AA/AMPS）中加入PVA改善其综合强度,并获得了适宜的制备条件。2.采用红外光谱（IR）、X射线衍射（XRD）、热重分析（TGA）对P（AA/AMPS）共聚物水凝胶及PVA-P（AA/AMPS）半互穿网络水凝胶进行性能测试。3. P（AA/AMPS）共聚物水凝胶对pH和离子强度的变化均表现出显著的体积相变现象,且体积相变发生在pH和离子强度分别为9和0.1左右。PVA-P（AA/AMPS）半互穿网络水凝胶的溶胀表现为no-Fickian行为,在pH=10左右,凝胶的ESR出现一个突变,凝胶的体积相变的离子强度临界值大约为0.1,凝胶在电场刺激下能够迅速偏转,对此凝胶的电场敏感机理进行了初步探讨,并针对本实验推导出渗透压计算公式:4. P（AA/AMPS）共聚物水凝胶在不同体积百分含量的丙酮、甲醇、乙醇、正丙醇、已二醇、1,4-丁二醇溶液,以及不同浓度的盐溶液（NaCl、KCl、CaCl2、Na2SO4、K2SO4、CaSO4）中体积相变行为与溶液组成和溶液的浓度有关。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-14
第一章 绪论  14-32
  1.1 智能材料概况  14
  1.2 智能水凝胶的概述  14-21
    1.2.1 智能水凝胶的性质  14-15
    1.2.2 智能水凝胶的合成及其制备  15-17
      1.2.2.1 交联聚合  16
      1.2.2.2 载体的接枝共聚  16
      1.2.2.3 聚合物的转变  16
      1.2.2.4 互穿聚合物网络  16-17
    1.2.3 智能水凝胶的种类  17-21
      1.2.3.1 温度响应性水凝胶  17-18
      1.2.3.2 光敏性凝胶  18
      1.2.2.3 磁场响应凝胶  18-19
      1.2.2.4 电场响应凝胶  19
      1.2.2.5 PH 响应性水凝胶  19-21
      1.2.2.6 多重响应性水凝胶  21
  1.3 智能水凝胶的体积相变理论  21-24
    1.3.1 FIORY 关于凝胶溶胀的理论  21-22
    1.3.2 DUSEK 关于凝胶体积相变的理论  22-23
    1.3.3 凝胶相转变的动力学研究  23-24
  1.4 智能水凝胶的应用  24-27
    1.4.1 化学膜和化学阀  24
    1.4.2 智能药物释放体系  24-25
    1.4.3 人工肌肉  25-26
    1.4.4 智能凝胶与生物技术  26
    1.4.5 凝胶光栅  26-27
    1.4.6 人工触觉系统  27
  1.5 聚电解质凝胶聚-2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(PAMPS)的研究现状  27-28
  1.6 聚乙烯醇水凝胶的研究现状  28-29
  1.7 聚丙烯酸类水凝胶的研究现状  29-30
  1.8 本研究的目的及主要内容  30-32
第二章 P(AA/AMPS)共聚物水凝胶及 PVA-P(AA/AMPS)半互穿网络水凝胶的制备  32-47
  2.1 前言  32
  2.2 实验部分  32-36
    2.2.1 主要实验原料  32-33
    2.2.2 主要实验仪器  33
    2.2.3 P(AA/AMPS)共聚物水凝胶的制备  33-34
    2.2.4 PVA-P(AA/AMPS)半互穿网络水凝胶的制备  34
    2.2.5 PVA-P(AA/AMPS)半互穿网络水凝胶制备流程图  34
    2.2.6 凝胶合成工艺的优化实验  34-35
    2.2.7 性能测试  35-36
      2.2.7.1 溶胀倍率  35
      2.2.7.2 平衡溶胀倍率  35
      2.2.7.3 凝胶强度的测量  35
      2.2.7.4 凝胶电场敏感的测定  35-36
  2.3 结果与讨论  36-46
    2.3.1 P(AA/AMPS)共聚物水凝胶的的制备与研究  36-41
      2.3.1.1 单体配比对凝胶敏感性的影响  36-37
      2.3.1.2 引发剂用量对凝胶敏感性的影响  37-38
      2.3.1.3 交联剂用量对凝胶敏感性的影响  38-39
      2.3.1.4 反应温度对凝胶敏感性的影响  39-40
      2.3.1.5 单体浓度对凝胶敏感性的影响  40-41
    2.3.2 PVA-P(AA/AMPS)半互穿网络水凝胶的制备和研究  41-46
      2.3.2.1 AMPS 含量对凝胶电刺激响应性能及强度的影响  41-42
      2.3.2.2 PVA 含量对凝胶电刺激响应性能及强度的影响  42-43
      2.3.2.3 交联剂用量对凝胶电刺激响应性能及强度的影响  43-44
      2.3.2.4 引发剂用量对凝胶电刺激响应性能及强度的影响  44-45
      2.3.2.5 反应温度对凝胶电刺激响应性能及强度的影响  45-46
  2.4 本章小结  46-47
第三章 P(AA/AMPS)共聚物水凝胶及 PVA-P(AA/AMPS)半互穿网络水凝胶的结构与性能研究  47-58
  3.1 实验部分  47-48
    3.1.1 实验原料  47
    3.1.2 实验仪器  47
    3.1.3 测试方法  47-48
      3.1.3.1 红外光谱分析((FTIR)  47
      3.1.3.2 X 射线衍射分析(XRD)  47
      3.1.3.3 热重分析(TGA)  47-48
  3.2 结果与讨论  48-56
    3.2.1 红外光谱测试  48-49
    3.2.2 XRD 谱图分析  49-50
    3.2.3 热失重（TGA）分析  50
    3.2.4 P(AA/AMPS)共聚物水凝胶的性能研究  50-52
      3.2.4.1 离子效应  50-51
      3.2.4.2 PH 敏感性  51-52
    3.2.5 PVA-P(AA/AMPS)半互穿网络水凝胶的性能研究  52-56
      3.2.5.1 溶胀动力学研究[59]  52-54
      3.2.5.2 离子效应  54-55
      3.2.5.3 PH 敏感性  55-56
  3.3 本章小结  56-58
第四章 PVA-P(AA/AMPS)半互穿网络水凝胶的电刺激响应性能究  58-65
  4.1 引言  58
  4.2 实验部分  58-59
    4.2.1 实验原料与仪器  58
    4.2.2 电刺激响应性的实验装置图  58
    4.2.3 响应速度性能测试  58-59
  4.3 结果与讨论  59-60
    4.3.1 PVA 含量对凝胶电刺激响应性能的影响  59
    4.3.2 电压对凝胶电刺激响应性能的影响  59-60
    4.3.3 离子强度对凝胶电刺激响应性能的影响  60
  4.4 凝胶电刺激响应机理分析  60-64
    4.4.1 渗透压理论的主要内容  60-62
    4.4.2 电刺激响应性水凝胶响应机理的一点探索  62-64
  4.5 本章小结  64-65
第五章 P(AA/AMPS)共聚物水凝胶的体积相变性能研究  65-73
  5.1 引言  65
  5.2 实验部分  65-67
    5.2.1 实验原料  65-66
    5.2.2 实验仪器  66
    5.2.3 实验步骤  66
    5.2.4 P(AA/AMPS)共聚物水凝胶体积相变性能的测定  66-67
  5.3 结果与讨论  67-72
    5.3.1 AMPS:AA 不同比例在丙酮溶液中的溶胀曲线[66]  67-68
    5.3.2 共聚物水凝胶在不同丙酮浓度中的溶胀与收缩曲线  68-69
    5.3.3 中和度对水凝胶体积相变的影响  69-70
    5.3.4 溶液组成对水凝胶体积相变的影响  70-71
    5.3.5 溶液浓度对水凝胶体积相变的影响  71-72
  5.4 本章小结  72-73
结论  73-75
参考文献  75-81
读硕士期间发表论文情况  81-82
致谢  82

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 高分子化学（高聚物） > 高分子物理和高分子物理化学
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