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《快速響應(yīng)性pnipa智能水凝膠的合成、表征及應(yīng)用研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線(xiàn)閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。
1、中文摘要V639069聚N一異丙基丙烯酰胺(PNIPA)智能水凝膠作為一種溫度敏感性材料，近年來(lái)在應(yīng)用中取得了初步進(jìn)展，并越來(lái)越受到人們的重視。目前，一部分工作集中在凝膠響應(yīng)機(jī)制的理論解釋及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：另一部分工作通過(guò)NIPA與其它單體的共聚，以期實(shí)現(xiàn)對(duì)材料的改性，從而獲得多重敏感性的凝膠，以實(shí)現(xiàn)在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用。PNIPA智能水凝膠的智能性主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：(I)PNIPA在相轉(zhuǎn)變溫度(LCST)附近，隨溫度的微小變化，凝膠的溶脹度具有很大的突變性：(2)PNIPA在LCST附近的溶脹度變化速率很快(快速
2、響應(yīng)性)。目前制各的PNIPA水凝膠太都具有響應(yīng)速度慢的缺點(diǎn)。往往不能從以上兩方面同時(shí)體現(xiàn)出其智能性：而PNIPA水凝膠的響應(yīng)速率是一個(gè)極為重要的參數(shù)，在很多情況下都要求其對(duì)外界溫度刺激具有較快的響應(yīng)速率，這就大大限制了溫敏性PNIPA智能水凝膠的使用范圍。因此，提高快速響應(yīng)性一宣是智能水凝膠研究的一個(gè)重要課題。目前，對(duì)提高PNIPA智能水凝膠快速響應(yīng)性的基礎(chǔ)研究相對(duì)較少。這是由于影響因素較多，而研究手段卻較少。文獻(xiàn)中已報(bào)道的提高其響應(yīng)速率的方法有以下幾種：(1)合成小尺寸的PNIPA微凝膠。由于研究手段的限
3、制，此類(lèi)研究在理論方面發(fā)展較慢，在實(shí)際應(yīng)用中也沒(méi)有獲得突破性進(jìn)展，應(yīng)用范圍極為有限。(2)合成含孔的PNIPA水凝膠。在PNIPA智能凝膠結(jié)構(gòu)中引入孔洞的方法提高了凝膠的響應(yīng)速率，但是凝膠的強(qiáng)度相對(duì)降低了很多；同時(shí)由于其結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，降低了其適用的范圍。例如，在凝膠的濃縮分離過(guò)程中，由于孔洞結(jié)構(gòu)吸附了大量的生物大分子，從而降低了濃縮效率。(3)利用相分離技術(shù)合成PNIPA水凝膠。此法得到的PNIPA水凝膠具有較快的響應(yīng)速率，但對(duì)反應(yīng)時(shí)間和溫度的控制非常關(guān)鍵。由于對(duì)凝膠化時(shí)間難以作出精確的判斷，合成的PNIPA
4、水凝膠重現(xiàn)性較差，且呈乳白色：與常規(guī)方法合成的PNIPA水凝膠相比，其機(jī)械強(qiáng)度也下降很多；此法合成的PNIPA水凝膠難以在實(shí)際中使用。(4)接枝共聚合成PNIPA水凝膠。將NIPA單體接枝到其它基體上，合成具有特定結(jié)構(gòu)的PNIPA水凝膠。一方面，上述特定結(jié)構(gòu)單體的合成過(guò)程復(fù)雜，很難在實(shí)際中得到應(yīng)用；另一方面，所合成的共聚物由于PNIPA吉量的限制，水凝膠在LCST前后的溶脹性能有所減弱．智能性有所降低。本工作以N一異丙基丙烯酰胺為單體，N。N’一亞甲基雙丙烯酰胺為交聯(lián)劑制備了一系列智能性水凝膠。從理論和應(yīng)用的
5、角度出發(fā)，以提高PNIPA水凝膠的智能性為目的，首先以宏觀PNIPA智能水凝膠為對(duì)象，重點(diǎn)研究凝膠的尺寸對(duì)凝膠響應(yīng)速率的影響，并將由此得到的理論應(yīng)用到微觀凝膠的研究中去，克服了微觀凝膠研究手段的限制；然后將得到的凝膠進(jìn)行應(yīng)用試驗(yàn)。同時(shí)，還對(duì)PNIPA智能水凝膠的響應(yīng)機(jī)理進(jìn)行探討。(1)采用傳統(tǒng)的化學(xué)引發(fā)法，用溶液聚臺(tái)制各了一系列不同直徑(濕凝膠，3．12～2．8mm)、不同厚度(濕凝膠，3～12ram)的PNIPA宏觀智能水凝膠：將一部分凝膠粉碎制得不同尺寸的(干凝膠，0．154～0．9mm)粒狀凝膠。首先研
6、究了聚合條件對(duì)PNIPA智能水凝膠性能的影響，在最佳制各條件(T≤10"C，7％≤c。≤12％，2％≤C?！?％)時(shí)可以得到透明、溶脹度較高、性能均一的PNIPA智能水凝膠。i然后研究了水凝膠的溶脹一消溶脹、脫水一吸水過(guò)程與凝膠尺寸的關(guān)系。結(jié)果表明，在凝膠處于消溶脹和干燥狀態(tài)下時(shí)，凝膠塊容易形成一種殼——核結(jié)構(gòu)。在核中是被包裹的水分子，由于外面的殼層比較致密．其內(nèi)部的水很難擴(kuò)散出。且隨著凝膠直徑和厚度的增大．其內(nèi)部包括的水的含量也急劇增加：而對(duì)于尺寸更小的粉狀凝膠，其形成的殼層和核層的比例相差不大，其溶脹性能
7、受尺寸的影響很小。凝膠達(dá)平衡溶脹所需的時(shí)間與凝膠尺寸之問(wèn)的關(guān)系可以用式：TimP：K(MD)一。fMnm作為普適方程來(lái)應(yīng)用。對(duì)于尺寸較小的凝膠，由于表征手段的限制，可以由此方程進(jìn)行外推，取得了較好的效果。由此可作為制備和使用快速響應(yīng)性智能水凝膠的理論依據(jù)。(2)分別采用無(wú)皂乳液聚合和反相乳液聚合的方法制備了一系列不同尺寸的微凝膠，分析制各條件對(duì)微凝膠的影響。結(jié)果表明，采用反相懸浮聚合可以制得粒徑較大的智能水凝膠(D=11um)，采用無(wú)皂乳液聚合在不同條件下臺(tái)成一系列不同尺寸的微凝膠(D=O．12um～4．5u
8、In)：分別采用激光光散射和偏光顯微鏡對(duì)微凝膠的大小、形態(tài)進(jìn)行表征，也得到了一致結(jié)果：采用紫外一可見(jiàn)分光光度計(jì)可以定性地研究微凝膠的相轉(zhuǎn)變現(xiàn)象。將由宏觀凝膠得到的理論公式應(yīng)用到微觀凝膠的溶脹動(dòng)力學(xué)中，可以初步估計(jì)微凝膠達(dá)平衡溶脹所需的時(shí)間，定量的體現(xiàn)快速響應(yīng)性智能水凝膠的智能性。(3)將不同尺寸的宏觀凝膠和微觀凝膠分別對(duì)牛血紅蛋白進(jìn)行固定化，研究凝膠尺寸對(duì)牛血紅蛋白活性的影響，分析PNIPA智能凝膠
