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《快速响应的温敏性pnipaam／粘土复合水凝胶的合成及性能研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、快速响应的温敏性PNIPAAm／粘土复合水凝胶的合成及性能研究第2l卷第3期2006年9月合成技术及应用SYNTHETICrECHNOIDGYANDAPPUCAT10NV0j.21No.3Sep.2006快速响应的温敏性PNIPAAm/粘土复合水凝胶的合成及性能研究李珍,马敬红,梁伯润(东华大学材料科学与工程学院纤维材料改性国家重点实验室,上海2013051)摘要:以碳酸钠为制孔剂合成了快速响应的温敏性PNIPAAm/粘土复合水凝胶(NNC水凝胶),DSC分析表明,其体积相转变温度在33℃左右,与传统的PNIPAAm水凝胶没有很大的偏差.动力学研究表明,该水凝胶在温敏膨胀或收缩时,具有快速
2、的响应速率,在5min内的失水率达90%以上,这与扫描电镜观察到水凝胶具有大而连贯的孔洞结构相一致.关键词:聚(N.异丙基丙烯酰胺);快速响应;水凝胶中图分类号:0648.17文献标识码:A文章编号:1006.334X(2006)03.0001.03聚(N.异丙基丙烯酰胺)(PNIPAAm)水凝胶具有温度敏感性,自1984年Tanaka等…发现这一特性以来,人们对PNIPAAm水凝胶理论和应用均进行了广泛的研究,并已将其应用于药物控制释放,酶固定化和循环吸收剂等领域.传统方法制备得到的PNIPAAm水凝胶响应速率慢,力学性能差,使其应用受到了限制.通常采用3个方法来提高水凝胶的响应速率[]
3、:a)缩小凝胶的体积尺寸,因为凝胶的响应时间与其线性尺寸的平方成正比,即rccR2/D,r为水凝胶溶胀或消溶胀的特征时间,R为水凝胶的线性尺寸,D为水凝胶的协同扩散系数.b)合成具有孔结构的凝胶,由于有效扩散距离由相邻孔间的距离平均值控制,所以含孔结构的凝胶可加快体积的变化;c)在凝胶基体中引入摇摆链,从而形成疏水微区,增强凝胶收缩塌陷时网络与水分子之间的排斥作用.最近,Haraguchi等_5J提出用无机粘土(Clay)代替交联剂原位聚合形成纳米复合水凝胶.在这种凝胶中,剥离的粘土片层以氢键,离子键或配位键与高分子链作用,扮演着交联剂的角色,自由高分子链被固定在粘土片层上.这种纳米复合水
4、凝胶具有较高拉伸强度,良好的韧性以及较快的响应速率,但这种纳米复合水凝胶还没有达到快速响应水凝胶的要求.笔者在NIPAAm与粘土原位自由基聚合反应中加入制孔剂Na2CO,反应完成后再将凝胶中的Na2C03洗去,形成孔洞结构,以此制备快速响应的PNIPAAm/粘土复合水凝胶.1实验1.1原料与试剂N.异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)(东京化成,分析纯),用甲苯一环己烷(60/40,v/v)混合试剂重结晶后使用;碳酸钠(Na2CO)(江苏太仓化工三厂,分析纯);过硫酸钾(KPS)(上海化学试剂公司,分析纯)用去离子水重结晶;N,N,N',N'四甲基乙二胺(TEMED)(上海化学试剂公司,分析纯)
5、;无机粘土(Clay)([Mgs-34Li0.66Si8020(OH)4]Nao.66,Rockwood公司);去离子水.1.2水凝胶的制备单体(NIPAAm),引发剂(KPS),催化剂(I1EMED)三者的摩尔比为100:0.426:0.735.单体与溶剂的质量比为1:10,因此,水凝胶中所含有的水与聚合物的比值为10:1(w/w).水凝胶的制备过程如下:将8mL去离子水通N20.5h,然后加入NIPAAm(1g),Clay,搅拌1h,当溶液变澄清后加入Na2C03(溶于1.5mL去离子水),均匀混合后加入0.01gKPS(溶于0.5mL去离子水),8LTEMED,在冰水中搅拌4h后将反
6、应物移人试管中,放人20℃的恒温水浴进行自由基聚合反应.整个制备过程中需要通N2来除去02.反应20h后.得到的水凝胶切成厚度2mm左右的圆片,放人浓度为0.1mol/L的盐酸溶液中,定期更换盐酸收稿日期:2006—05—30作者简介:李珍(1981一),女,湖南安仁人,硕士,主要从事功能高分子方面的研究工作,申请专利1项.2合成技术及应用第21卷溶液,直至凝胶中的Na2C03被完全反应洗去,再用去离子水漂洗除去多余的酸即得到所需的水凝胶.将凝胶置于40℃去离子水中使其均匀收缩,然后室温晾干.表1制备水凝胶的组分配比1.3测试1.3.1相转变温度(VfyI)的测定采用DSC分析法,将室温下
7、溶胀平衡的水凝胶样品在METrLERTOLEDO公司DSC822上进行Vm的测定,样品的Vm定义为吸热峰的初始温度.1.3.2扫描电镜(SEM)观察将溶胀平衡的水凝胶样品,擦去表面的水后放入液氮中淬冷,再转入冷冻干燥机中干燥除水.切取干燥后的小样品表面经喷金后,用JEOL日本电子株式会社的JSM.5600LV型数字化低真空扫描电子显微镜在加速电压下观察其表面形态.1.3.3溶胀与消溶胀行为1.3.3.1溶胀动力学将干态的
