快速响应温敏水凝胶研究进展

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1、快速响应温敏水凝胶研究进展快速响应温敏水凝胶研究进展快速响应温敏水凝胶研究进展快速响应温敏水凝胶研究进展快速响应温敏水凝胶研究进展快速响应温敏水凝胶研究进展快速响应温敏水凝胶研究进展快速响应温敏水凝胶研究进展快速响应温敏水凝胶研究进展快速响应温敏水凝胶研究进展快速响应温敏水凝胶研究进展快速响应温敏水凝胶研究进展快速响应温敏水凝胶研究进展快速响应温敏水凝胶研究进展快速响应温敏水凝胶研究进展快速响应温敏水凝胶研究进展第6期高分子通报快速响应温敏水凝胶研究进展秦爱香,吕满庚,刘群峰,张平(1中国科学院广州化学研究所,广州510650;2中国科学院

2、研究生院,北京100039)摘要:温敏水凝胶是一类具有广泛应用前景的高分子材料,但是由于传统方法合成的水凝胶响应速率较慢因而限制了其应用,因此近年来围绕提高传统水凝胶的响应速率做了大量研究工作.本文从几个方面综述了近年来快速响应的温敏水凝胶的研究进展,并对有关现象进行了懈释和说明.美键调:快速响应;温敏水凝胶;N异丙基丙烯酰胺所谓温敏水凝胶…,是指水凝胶的吸水(或溶剂)量在某一温度有突发性变化,即溶胀比(所吸水或溶胀剂的量与干凝胶质量的比)在某一温度会突然变化,此温度称为敏感温度.化学交联的聚J『,r一异丙基丙烯酰胺(PNIPA)水凝胶由于

3、侧链中既含有亲水性的氨基又含有疏水性的异丙基而成为一种典型的温敏水凝胶.该水凝胶在较低临界溶解温度(1_~werCriticalSolutionTemparature,LCST)时显示出体积相转变.当溶胀温度低于LCST时,凝胶吸水溶胀,表现出亲水性;而当温度高于LCST时,凝胶收缩,释放出几乎其吸收的全部水分,由于网络结构中亲水/疏水平衡的破坏而形成坍塌的,去水化的疏水状态.以Ⅳ一异丙基丙烯酰胺(NIPA)为单体形成的均聚水凝胶或与其它单体形成的共聚水凝胶均有这样的特性,它们这种对于温度敏感的特性引起了人们很大的兴趣.这种温敏水凝胶可广泛

4、用于药物控制释放,酶的固定化,化学发动机设计,医疗诊断,化学反应控制,记忆元件开关,传感器和力化学转换器等.温敏水凝胶的响应速率是评价其性能的最重要参数之一,一般情况下都要求水凝胶具有快速的响应速率.但是,由于传统方法合成的PNIPA水凝胶响应速率较慢I,考虑到某些特殊应用,如人工肌肉,开关阀等,因此提高PNIPA水凝胶响应速率的研究具有重要意义.近几年来这方面的报道也越来越多.虽然国内已有很多关于温敏PNIPA水凝胶的综述¨一-55],但关于快速响应的温敏PNIPA水凝胶的详细论述却很少.本文就近几年来国内外在该领域新的研究方法及取得的进

5、展作简要介绍.1制备孔结构水凝胶凝胶溶胀或收缩过程主要是高分子网络吸收或释放溶剂,这是一个慢的扩散过程,而且接近临界点时更慢.但对于一个具有相互连接的孔结构的网络来说,溶剂的吸收或释放通过孔由对流产生,这一过程比非孑L凝胶中的扩散过程快.因此,合成具有孑L结构的水凝胶可以提高其响应速率.1.1使用成孔剂.Wu等_8用羟丙基纤维素作为成孔剂在温度高于LCST下合成了大孔PNIPA水凝胶,与传统方法合成的PNIPA水凝胶相比较,大孔PNIPA水凝胶具有较大的孔体积,较大的平均孔尺寸,较快的大分子渗透速度;在温度低于LCST时有更高的溶胀比;显示

6、更快的去溶胀和再溶胀速率,并且去溶胀速率特别快.Zhang等.’利用聚乙二醇(PEG)40o作为成孔剂制备了快速响应的温敏性PNIPA水凝胶.Zhuo等¨用不同分子量(2000—6000)的PEG作为成孔剂,合成大孔的温度敏感性PNIPA水凝胶,极大改善了其溶胀和去溶胀性能,并且讨论了PEG分子量和含量对大孔水凝胶响应动力学的影响.基金项目:中国科学院”百人计划”项目;作者简介:秦爱香(1982.),女,中国科学院广州化学研究所高分子化学与物理专业硕士研究生,研究方向是温敏性水凝胶的合成与研究.*通讯联系人.E-mailmglu@mail.

7、gic.ac.cii?58?高分子通报2006年6月Chen等¨用在反应过程中能生成气体CO:的成孔剂NaHCO合成了具有较快的响应速率的超孔PNIPA水凝胶,由于气体的生成,产生大量细腻的泡沫从而使得形成的水凝胶中形成大量相互连接的微孔,超孔水凝胶的响应速率因此而得到显着提高.刘晓华等n以不同粒径的CaCO为成孔剂,合成了快速响应的温敏性PNIPA水凝胶,该水凝胶具有特殊的孔状结构,孔径大小为几十微米,在温敏溶胀或收缩时,具有快速的响应速率,在10rain内的失水率可达90%.Takeshi等u通过单体和交联剂在硅胶颗粒存在下共聚后进行酸

8、处理以除去硅胶颗粒制备了多孔的PNIPA水凝胶,与传统的PNIPA水凝胶相比,该水凝胶的去溶胀速率显着增加,并且很容易通过调节硅胶颗粒的含量来控制,而水凝胶的溶胀不受多孔结构的影