疏水缔合智能高分子水凝胶的制备和性能研究

【摘要】智能高分子水凝胶能够对外界环境变化(如pH,光,温度等)乃至生物信号微小的变化刺激有显著应答,在过去几十年来,智能高分子水凝胶已广泛应用于分子元器件,调光材料,生物医学等高新技术领域。在本文中,我们则尝试利用简单而又巧妙的分子设计,谨循着原料易得,制备方法简单和性能突出的原则,制备得到具有温度响应自修复水凝胶,pH响应自修复水凝胶以及新型热致凝胶体系,并利用核磁氢谱,荧光光谱,流变测试等手段对他们的机理进行了探讨和研究,主要包括以下内容：1.通过席夫碱还原反应,成功对壳聚糖进行了疏水改性,并将其引入十二烷基三甲基溴化铵(DTAB)/5-甲基水杨酸(5mS)复配形成的囊泡溶液中,制备得到具有热响应和对应力快速自修复能力的囊泡凝胶体系。首先对DTAB/5mS囊泡进行了透过率,电势以及动力学直径测试,发现随着5mS浓度增加,囊泡.胶束转变温度增加,并且始终带正电势。囊泡体系与疏水缔合壳聚糖复配得到的热响应凝胶,能够在40-60度发生凝胶-溶胶转变,同时对体系进行了动态稳态剪切,发现囊泡凝胶交联点寿命与囊泡稳定性直接相关,凝胶点温度与体系松弛时间均随着5mS/DTAB比例变大而增加。对体系施加应变脉冲(5%应变-1000%应变循环),发现体系能够对应力破坏进行快速自修复,这主要与囊泡凝胶特殊的网络结构和可逆的物理相互作用有关。2.利用胶束聚合制备得到疏水链呈微嵌段分布的疏水缔合聚丙烯酰胺(HMPAM),并通过引入聚集形态随pH变化的油酸钠(NaOA),赋予了原本不具有响应性能的HMPAM疏水缔合水凝胶pH响应性能和自修复性能。对NaOA形成的囊泡体系进行了透过率,表面电势以及动力学直径表征和测试,并对其聚集形态随着pH变化发生囊泡-胶束转变机理进行了讨论。研究结果揭示,囊泡溶液与疏水缔合聚丙烯酰胺复配得到的pH响应型水凝胶,在pH在8.5和9之间发生可逆的凝胶-溶胶转变,粘度变化可达三个数量级。进一步的动态稳态剪切实验表明,囊泡凝胶交联点寿命与囊泡表面电势直接负相关。对体系施加应变脉冲(5%应变-5000%应变循环),发现体系能够对应力破坏进行自修复,这同样与囊泡凝胶特殊的网络结构和可逆的物理相互作用有关。3.对疏水缔合聚合物无法表现温度响应性的原因进行了探讨,然后通过在疏水缔合聚丙烯酰胺溶液中引入环糊精,利用主客体相互作用,将疏水缔合聚丙烯酰胺被掩盖住的温敏能力“发掘”出来,制备得到具有热致凝胶能力的新型响应体系。该温敏体系凝胶-溶胶转变温度在40-60度范围可控,转变前后粘度变化幅度十分显著,可达三个数量级,而高分子使用浓度仅需1%-2%。采用核磁氢谱,荧光光谱和流变等手段对体系进行了详细表征研究,发现疏水链呈微嵌段分布对热致凝胶的表现十分重要,并进一步对热致凝胶机理进行了探讨和研究。
【作者】郝翔；
【导师】杨海洋；
【作者基本信息】中国科学技术大学，高分子化学与物理，2014，硕士
【关键词】智能高分子水凝胶；疏水缔合物；囊泡凝胶；囊泡-胶束转变；自修复；

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