温度、ph敏感共聚物粘土复合水凝胶的制备与表征

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1、温度、pH敏感共聚物／粘土复合水凝胶的制备与表征摘要智能型水凝胶是一种能显著地溶胀于水但在水中并不能溶解的三维网络或互穿网络，它能对外界刺激(如：温度、pH值、磁场、电场、溶剂、光、化学物质等)发生响应，产生不连续的体积变化。由于智能型水凝胶的这种独特响应性，其在药物控制释放、传感器、记忆元件开关、组织工程等方面具有很好的应用前景．因温度和pH值是生理、生物和化学系统中的两个重要因素，研究具有温度和pH值敏感特性的水凝胶，作为一种新型的高分子材料正日益受到关注。目前对温度及pH敏感水凝胶的研究存在着以下几方面的问题：首先，水凝胶的

2、平衡溶胀率不高；其次，水凝胶往往没有足够的机械强度以满足实际应用；再次，水凝胶的响应速度较慢，且合成方法大多数采用的是化学引发，产物由于引入了引发剂等杂质而不利于在生物医药上应用。因此研究高强度、响应速度快、生物相容性好且纯净度较高等综合性能优良的温度、pH敏感水凝胶是一个重要的课题。本工作以N．异丙基丙烯酰胺(NlPA)作为温敏性聚合单体，丙烯酸(从)为pH敏感性聚合单体，并加入具有良好生物相容性的共聚单体N．乙烯基吡略烷酮(NVP)，以有机粘土为改性剂，以∞Co-),射线为放射源，采用辐射合成的方法制备了一系列温度，pH敏感水

3、凝胶。从理论和应用的角度出发，以提高凝胶的溶胀性能和机械强度为目的，制备了温度敏感、pH敏感、温度和pH双重敏感共聚的以及温度和pH双重敏感IPN四大类水凝胶，共28个系列，然后将得到的水凝胶进行溶胀动力学、温度和pH敏感性、退溶胀动力学以及压缩性能测试分析，同时，也对温度、pH敏感水凝胶的响应机理进行探讨等，得到如下的主要结果和结论。1．温敏性水凝胶水凝胶辐射聚合条件为：辐照剂量率为97．5Gy／min，辐照总剂量为6kGy。随着NVP含量增加，PNIPA水凝胶的最低临界转变温度(LcsT)升高，且体积突变现象越来越不明显，相转

4、变温度范围变宽。其中当NIPA／NVP重量比为90／10时，凝胶的LCST由PNIPA的32℃升高到37‘C(与人体温度相近)，且低温溶胀性能较优。钠基粘土经十六烷基三甲基溴化铵改性后其层间距由原来的1．1nm增大到2．6nm，而形成的P(NIPA-co-NVP)／鞋i土复合水凝胶中粘土层阃距增至3．6nm。加入有机粘土后形成的PfNIPA-co-NVP)／粘土复合水凝胶温度响应性最好，在0．5h内，加有机粘土、钠基粘土，不加粘土的水凝胶失水率分别为83％、74％、5004。粘土的加入也明显提高了凝胶的压缩性能，当粘土含量为15％

5、时，P(Nn'A-eo-N'VP)／粘土复合凝胶的压缩强度为30KPa，比未加粘土的水凝胶(10KPa)提高了2倍，而压缩屈服力提高了近17倍。2．pH敏感水凝胶水凝胶辐射聚合条件为：辐照剂量率为97．5Gy／min，辐照总剂量为14KGy。粘土的加入提高了水凝胶的压缩性能，随着粘土含量的增加，压缩性能逐渐升高，当粘土含量为15％时，PCAA-eo-NVP)／粘土复合水凝胶的最大压缩力比P(AA-c．o-NVP)共聚凝胶的提高了13倍，其压缩强度提高了22倍，且在整个压缩过程中，粘土含量为5％到15％的复合凝胶一直没有被破坏，当压

6、力解除以后，复合水凝胶的高度能恢复到原来的80％，类似于橡胶类弹性体。3．温度及pH敏感共聚水凝胶在酸性介质中，P(NIPA．co-AA)共聚水凝胶的溶胀速率较慢，当其吸水量达到溶胀平衡吸水量的80％时，所用的时间为5．5h，而在弱碱性和碱性溶液中P(NIPA．c0一AA)共聚凝胶的吸水量达到溶胀平衡吸水量的80％时，所用的时间只有3h。粘士的加入不仅提高了水凝胶的溶胀性能，而且提高了水凝胶的压缩性能，当粘土含量为15％时，其压缩强度为P(NIPA．CO．AA)共聚凝胶的2．4倍，最大压缩力为P(N1PA．CO．AA)的2．1倍。

7、4．温度及pH敏感IPN水凝胶SEM电镜观察P(NIPA-co．AA)共聚水凝胶的表面致密，没有明显的相分离，N．50／dA．5％表面疏松多孔且非连续，有明显的相分离，说明形成了IPN结构。PNIPA．AA互穿网络水凝胶在碱性和弱碱性溶液中，凝胶的溶胀率高，其溶胀速率由网络中高分子链的松弛运动控制；而在酸性介质中，水分子的扩散成为凝胶溶胀的决定过程。N．10％／A．x％IPN水凝胶的性能随着AA浓度的增大呈先上升后下降的趋势，Ⅱ当AA浓度为3％时，N-10％／A-3％IPN水凝胶的力学性能最优，其压缩强度高达3．48MPa，是N-

8、100／dA-0．5％的(O．IMPa)34．8倍，压缩屈服应力由N-10％／A-0．5％的O．02MPa增大到N-10％IA-3％的1．67MPa，增加了约83倍。关键词：永凝胶，温度敏感，pH敏感，粘土，压缩性能IliRadiationsynt