pnipam纳米增强材料

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1、PNIPAM纳米增强材料摘要：通过查找国内外对于PNIPAM（聚N-异丙基丙烯酰胺）性能增强方面的研宄文献及研宄方法，总结对PNIPAM材料不同性能方向上的应用并拟定出一条合理可行的PNIPAM纳米增强材料的研宄方法。文章内容包括PNIPAM相关的竹景知识介绍（包括研究发展过程，目前应用领域等）、增强材料制备合成方法及改性的研究，并就阴离子对TiO2/PNIPAM构筑温敏Pickering乳液稳定性的影响方面的增强展开了实验设计，内容主要涉及初步研究方案以及采取的研究方法和工艺路线。关键词：PNIPAM；纳米

2、水凝胶；温度响应性聚合物一、背景知识介绍1.1PNIPAM（聚N-异丙基丙烯酰胺）发展历史1.1.1温度响应性聚合物刺激响应聚合物的合成和应用一直是研究的热门，其中温度响应性聚合物研究得最多、最系统。一般而言，温敏性聚合物都含有亲水/疏水的链段或基团。目前，人们通过各种方法制备出温敏性聚合物：将线形聚合物通过交联剂形成含水的三维网状结构，产物将具备温度响应性，可称为温度响应性水凝胶。随着对温敏性聚合物研究的不断深入，人们发现它们对温度的响应能力受到各种因素和合成方法的影响，如此可以调控它们的响应行为，更好地拓

3、展其应用范围。W1.1.2PNIPAM的发现和发展聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAM）作为温度响应聚合物的典型代表，自1967年Scarp#首次报道之后，几I•年来一直被学者们不断地研究。对PNIPAM的研宄大致可以分为两个阶段：20世纪80年代之前，主要是PNIPAM响应机理的研究；80年代以后，逐渐研宄PNIPAM的应用。图1.1是PNIPAM的分子结构，不难看出它的聚合物链中既有亲水的酰胺基团乂有疏水的异丙基和主链。这种结构使PNIPAM異有温度响应性能，即当温度低于32°C时，PNIPAM能够完全溶解

4、在水中，溶液澄清透明：温度高于32°C时，PNIPAM发生相转变，从水中析出，溶液变浑浊：当温度再次低于32°C时，溶液乂恢复澄清透明。这个使PNIPAM发生可逆相转变的温度称为最低临界溶解温度（LCST｝。利用PNIPAM的温敏性，人们制备出各种结构和组成的复合物和凝胶，广泛地应用于药物控制释放、组织工程、膜材料、电子传感以及分离等领域。图1.1PNIPAM化学结构1.1.3PNIPAM的温度响应机理目前，多数学者认为PNIPAM的温度响应行为主要通过PNIPAM链和水分子之间的氢键作用和PNIPAM链内的

5、疏水作用实现的［3H4］。当温度低于LCST时，由于PNIPAM中的酰胺基团与水分子的氢键作用，这种由氢键连接的水分子有序地排列在PNIPAM链周围，形成了一层溶剂化层，使得PNIPAM以无规线团形式溶解在水中；当温度高于LCST时，分子热运动加剧，酰胺基团与水分子的氢键作用受到破坏，酰胺基团之间形成分子内或分子间氢键；同时，异丙基之间的疏水作用增强，溶剂化层被破坏，形成疏水层，PNIPAM链塌缩成球状，从水中析出。另外，部分学者从热力学角度做出了解释N。他们认为PNIPAM水溶液随着温度的变化，溶剂从良溶剂

6、转变为不良溶剂，PNIPAM链巾不同基团的溶剂化状态发生了变化，从而导致PNIPAM相转变的发生。PNIPAM在水中的溶解过程可以看作是PNIPAM链段与水分子的相互作用大于PNIPAM链段间的聚集作用，其溶解过程的焓变（△!■））为负值；除了酰胺基团与水分子形成氢键，疏水的异丙基也被水分子包裹，形成了类似“笼”状的结构（如图1.2）,这个过程称为疏水水合作用，也有利于PNIPAM的溶解。随着温度升高，异丙基的疏水作用增强，异丙基的相互作用是吸热的“熵驱动”过程。根据吉布斯自由能公式△G=AH-TAS,当温度

7、低于LCST时，AH起支配作用，使AGW，PNIPAM能够溶解；当温度高于LCST时，TAS主导地位，使AG〉O，和转变发生。4ch2了+C-0O——NH图1.2PNIPAM化学结构和低于LCST时围绕PNIPAM链结构的水的结构[6]1.2纳米水凝胶的合成工艺由于PNIPAM是一种温敏性聚合物，且多以水凝胶的形式制备而成，故要探讨PNIPAM在纳米级别的改性，首先需要对纳米凝胶进行研宂。1.2.1概述水凝胶是由具有亲水基团的大分子通过共价键、氢键、范德华力等作用交联形成的三维网络结构与溶剂水构成的多元分散体

8、系，三维网络可以吸收并保留住水，而不会溶解于水[71。而锊能水凝胶，顾名思义，是一种裨能化的水凝胶，相较于传统水凝胶对环境刺激的不敏感性，智能水凝胶则能对环境的微小变化和刺激做出一定的响应，故也称智能水凝胶为刺激响应性水凝胶，对外界刺激的响应一般表现为凝胶体积的变化。上个世纪70年代末，美国麻省理工学院的Tanaka[8]等首先发现丫凝胶的体积相转变。聚丙烯酰胺凝胶分散在水一丙酮溶液中，低温时凝胶由