探析多孔智能水凝胶的合成与性能

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1、浙江大学化学工程与生物工程学系博士学位论文多孔智能水凝胶的合成与性能姓名：赵骞申请学位级别：博士专业：化学工程指导教师：孙建中20090401浙江大学博士学位论文摘要本文采用一种新型的冰冻聚合法合成了具有多孔结构并能随环境变化迅速发生体积相转变的智能水凝胶，并提出了调节凝胶微观孔结构的新方法。在Ⅳ．异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)冰冻聚合的过程中加入十二烷基二甲基苄基溴化铵(DDBAB)，它能与水溶性引发剂过硫酸铵(APS)原位反应生成一种不溶于水的引发剂十二烷基二甲基苄基过硫酸铵(DDBAPS)，DDBAPS在水中以数百纳米的团聚体的形式存在，从而形成了一种独特的非均相引发体系，使制备而得

2、的聚Ⅳ-异丙基丙烯酰胺(PNIPA)水凝胶具有相互联通的大孔结构．这种水凝胶对温度变化能做出超快速的体积相转变。在DDBAB存在的条件下，用二氧六环与水的混合溶剂作为NIPAAm冰冻聚合的溶剂，研究了混合溶剂中不同二氧六环浓度对所得水凝胶宏观与微观形貌的影响，并深入分析了产生这些影响的原因。随着合成所用混合溶剂中二氧六环浓度的增加，原位反应生成的非均相引发剂DDBPAS团聚体尺寸减小，从而使所得非均相凝胶逐渐趋于均相，其微观形貌也由相互联通的多孔结构转变为不相联通的多孔结构。具有不相联通多孔结构的PNIPA水凝胶能用来进行乳液的快速浓缩。制备多孔PNIPA水凝胶时加入PVA，可阻止或减缓原

3、位生成的DDBAPS团聚体的聚并。聚并的速率与团聚体的尺寸可以根据PVA用量的多少进行调控。通过对团聚体尺寸的控制，可以合成一系列具有不同尺寸孔结构的水凝胶。制备了一种新型的多孔性壳聚糖／PNIPA半互穿网络水凝胶，然后通过戊二醛桥键将辣根过氧化物酶(HRP)固定到这种半互穿网络水凝胶上，研究了固定化酶的稳定性，并用其催化了丙烯酰胺的聚合。此外，还提出了一种用热敏性载体固定化酶进行催化反应的新工艺。通过对具有多孔结构的聚丙烯酰胺(PAAm)水凝胶的碱性水解，合成了具有超快速pH响应性与高溶涨率的阴离子PAAm水凝胶。关键词：水凝胶；N一异丙基丙烯酰胺；十二烷基二甲基苄基溴化铵；冰冻聚合；温

4、度敏感；pH敏感；多孔性；超快速响应浙江大学博上学位论文AbstractInthisstudy,Anoveltechniquetosynthesizemacroporoushydrogelswithultrarapidenvironmentalsensitivepropertieswasproposed．Moreover，theporousstructuresofhydrogelswerecontrolledbyseveralmethods．Anovelfreezingpolymerizationmethodofsynthesizingmacroporouspoly(N-isopropyl

5、acrylamide)(PNIPA)hydrogelswasproposed．PolymerizationprocessWastakenplaceinthepresenceofdodecyldimethylbenzylammoniumbromide(DDBAB)．Ahydrophobicinitiatordodecyldimethylbenzylammoniumpersulfate(DDBAPS)wasprovedtobeproduced／nsitubythereactionofDDBABandthewater-solubleinitiatorammoniumpersulfate(APS)

6、，andaheterogeneousinitiationmechanismWasproposed．Theresultedpoly(N-isopropylacrylamide)(PNIPA)hydrogelsweremacroporouswithlargeswellingratiosandultrarapidthermoresponcerates．Mixedsolventswhichwerecomposedofpurewaterand1,4一dioxandatvariousconcentrationswereusedinsteadofpurewaterduringthenovelfreezi

7、ngpolymerizationprocess．TheaggregatesizeofthehydrophobicinitiatorDDBAPSbecamesmallerwhentheconcentrationoF1，4一dioxaneincreased．Theeffectsofthemixedsolventonmorphology，swellingratio，andthermoresponsekineticsofther