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pH/温度刺激响应性共聚物微凝胶及其组装形成纤维的研究

作　者: 张福全
导　师: 查刘生
学　校: 东华大学
专　业: 高分子物理与化学
关键词: 微凝胶 pH刺激响应性温度刺激响应性冰晶体模板法智能水凝胶纤维
分类号: TQ340.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

智能水凝胶纤维的尺度介于宏观块状智能水凝胶和智能微凝胶之间,结合了两者的优点,既有宏观块状智能水凝胶作为材料所要求的基本的力学性能,又有智能微凝胶比表面积大和对外界刺激响应速度快的特点,因此智能水凝胶纤维在组织工程、分离过滤、酶或催化剂载体、药物可控释放等方面有广阔的应用前景。由于智能水凝胶纤维通常具有交联结构,因此难以采用常规的纺丝方法来制备。本文尝试用冰晶体模板法使具有pH/温度双重刺激响应性的微凝胶在冰晶体模板中组装形成智能水凝胶纤维。该方法无需添加助剂,不使用有机溶剂,无其它副产物产生,因此是一种节省资源和环境友好性的制备方法。另外,制备过程中采用水为分散介质,完全在低温下操作,因此制得的智能水凝胶纤维应该具有良好的生物相容性,有望更适合用于生物医学领域。本文的具体研究工作及取得的研究结果主要分为以下三个方面:(1)在pH为4.0和7.0的水介质中分别采用乳液聚合法使N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)和丙烯酸(AA)共聚合成具有温度/pH双重刺激响应性的poly(NIPAM-co-AA)微凝胶。核磁共振氢谱,元素分析和电位滴定分析结果表明,在pH为4.0条件下合成的微凝胶中AA单元含量偏高。pH为4.0时合成的微凝胶的粒径随着单体AA用量的增加而增大,而pH为7.0时合成的微凝胶的粒径随着单体AA用量的增加而减小。通过动态激光光散射测试poly(NIPAM-co-AA)微凝胶的水动力学直径随水介质温度或pH值的变化关系后发现,pH为4.0条件下合成的微凝胶具有更明显的pH刺激响应性,其温度刺激响应性受水介质pH值的影响较大,表明AA单元有可能更均匀地分布于微凝胶聚合物网络中。(2)在pH为4.0和7.0的水介质中分别采用乳液聚合法使NIPAM和甲基丙烯酸(MAA)共聚合成具有pH/温度双重刺激响应性的poly(NIPAM-co-MAA)微凝胶。考察了反应介质pH值对NIPAM与MAA共聚行为的影响。另外结合第一部分研究结果,比较了在相同pH条件下AA和MAA分别与NIPAM共聚形成的pH/温度双重刺激响应性微凝胶的差异。结果发现在相同投料比的情况下,pH为4.0时合成的微凝胶中MAA单元含量更高,并明显高于相同pH条件下合成的poly(NIPAM-co-AA)微凝胶中AA单元的含量,微凝胶的温度刺激响应性受分散介质pH值的影响要明显小于poly(NIPAM-co-AA)微凝胶。(3)采用单向液氮冷冻的方法使poly(NIPAM-co-AA)微凝胶在冰晶体模板中组装形成了智能水凝胶纤维,场发射扫描电镜分析结果表明纤维由微凝胶粒子有序组装形成。考察了poly(NIPAM-co-AA)微凝胶乳液固含量、水介质pH值、微凝胶中AA单元含量对微凝胶在冰晶体模板中组装形成的产物形态的影响,结果发现微凝胶乳液固含量为1%左右时形成的产物为纤维,当水介质pH值为4.0时,微凝胶表面羧基处于未离解的中性状态,有利于形成纤维形态的产物,随着微凝胶中AA单元含量的升高,形成的纤维之间出现了网状结构。

全文目录

摘要  5-8
ABSTRACT  8-12
第一章绪论  12-27
  1.1 温敏性共聚物微凝胶的研究进展  12-17
    1.1.1 VPTT可调的温敏性共聚物微凝胶  13-14
    1.1.2 pH/温度双重敏感性共聚物微凝胶  14-16
    1.1.3 表面带有功能基团的温敏性共聚物微凝胶  16-17
  1.2 以冰晶体为模板制备有序结构材料的研究进展  17-25
    1.2.1 以冰晶体为模板制备有序多孔材料  18-24
    1.2.2 以冰晶体为模板制备纤维材料  24-25
  1.3 本论文的主要研究内容及其意义  25-27
第二章 PH值对N-异丙基丙烯酰胺与丙烯酸共聚形成微凝胶的影响  27-39
  2.1 引言  27-28
  2.2 实验部分  28-30
    2.2.1 药品与试剂  28
    2.2.2 poly(NIPAM-co-AA)微凝胶的合成与纯化  28-29
    2.2.3 poly(NIPAM-co-AA)微凝胶的表征  29-30
  2.3 结果与讨论  30-38
    2.3.1 反应介质pH值对poly(NIPAM-co-AA)微凝胶组成的影响  30-33
    2.3.2 反应介质pH值对poly(NIPAM-co-AA)微凝胶粒径的影响  33-34
    2.3.3 反应介质pH值对poly(NIPAM-co-AA)微凝胶温度刺激响应性的影响  34-36
    2.3.4 反应介质pH值对poly(NIPAM-co-AA)微凝胶pH刺激响应性的影响  36-38
  2.4 结论  38-39
第三章 N-异丙基丙烯酰胺与甲基丙烯酸共聚合成PH/温度双重刺激响应性微凝胶  39-50
  3.1 引言  39-40
  3.2 实验部分  40-42
    3.2.1 药品与试剂  40
    3.2.2 poly(NIPAM-co-MAA)微凝胶的合成与纯化  40-41
    3.2.3 poly(NIPAM-co-MAA)微凝胶的表征  41-42
  3.3 结果与讨论  42-48
    3.3.1 poly(NIPAM-co-MAA)微凝胶的红外吸收光谱表征  42-44
    3.3.2 poly(NIPAM-co-MAA)微凝胶中MAA单元的含量分析  44-45
    3.3.3 poly(NIPAM-co-MAA)微凝胶的水动力学直径  45-46
    3.3.4 poly(NIPAM-co-MAA)微凝胶的温度刺激响应性  46-47
    3.3.5 poly(NIPAM-co-MAA)微凝胶的pH刺激响应性  47-48
  3.4 结论  48-50
第四章 POLY(NIPAM-CO-AA)微凝胶在冰晶体模板中组装形成纤维的研究  50-61
  4.1 引言  50-51
  4.2 实验部分  51-52
    4.2.1 样品与试剂  51-52
    4.2.3 poly(NIPAM-co-AA)微凝胶在冰晶体模板中组装形成纤维  52
    4.2.4 用扫描电镜分析样品的形态结构和表面微观结构  52
  4.3 结果与讨论  52-60
    4.3.1 poly(NIPAM-co-AA)微凝胶的形状和单分散性  52-53
    4.3.2 poly(NIPAM-co-AA)微凝胶乳液的单向冷冻  53-54
    4.3.3 用场发射扫描电镜观察纤维形状及其表面的微观结构  54-55
    4.3.4 乳液固含量对poly(NIPAM-co-AA)微凝胶在冰晶体模板中组装行为的影响  55-58
    4.3.5 AA含量对poly(NIPAM-co-AA)微凝胶在冰晶体中组装行为的影响  58
    4.3.6 水介质pH值对poly(NIPAM-co-AA)微凝胶在冰晶体模板中组装行为的影响  58-59
    4.3.7 poly(NIPAM-co-AA)微凝胶在冰晶体模板中组装形成纤维的机理的探讨  59-60
  4.4 结论  60-61
第五章全文总结  61-63
参考文献  63-70
硕士研究生阶段发表的论文  70-71
致谢  71

pH/温度刺激响应性共聚物微凝胶及其组装形成纤维的研究

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