快速响应的温敏性聚（N-异丙基丙烯酰胺）水凝胶的合成及表征.doc

快速响应的温敏性聚（N-异丙基丙烯酰胺）水凝胶的合成及表征 第23卷第6期 2006年6月 应用化学 CHINESEJOURNALOFAPPUEDCHEMISIRY Vol_23No.6 Jun.2006 快速响应的温敏性聚(Ⅳ-异丙基丙烯酰胺) 水凝胶的合成及表征 秦爱香吕满庚刘群峰张平 (中国科学院广州化学研究所广州510650;中国科学院研究生院北京) 摘要以羟丙基甲基纤维索的水溶液为反应介质制备了快速响应的温敏性聚(Ⅳ.异丙基丙烯酰胺) (PNIPA)水凝胶.利用DSC对其相转变温度进行了表征,利用SEM观察其表面形态,并测定了不同温度下达 到平衡时水凝胶的溶胀比,研究了水凝胶的去溶胀动力学.实验证明,与传统水凝胶相比,该水凝胶的溶胀性 能有所提高,并且具有更快的响应速率.例如:该水凝胶在1mln内失去89%的水,在4min内失去大约93% 的水,而传统水凝胶在15rain内仅失去66%左右的水. 关键词Ⅳ.异丙基丙烯酰胺,水凝胶,温敏性,快速响应 中图分类号:O631文献标识码:A文章编号:1000-0518(2006)06-0581-05 聚(J7v.异丙基丙烯酰胺)(PNIPA)是一种典型的温度敏感聚合物,在33℃左右水溶液中有一个较 低l临界溶液温度(LCST)J.当温度低于其LCST时,PNIPA水凝胶在水中高度溶胀,而当温度高于 LCST时,PNIPA水凝胶剧烈收缩失水,发生相分离.PNIPA的这种特殊的溶胀性能已被应用于药物的 控制释放,酶的固定化等领域J.由于传统方法合成的PNIPA水凝胶响应速率较慢,考虑到某些特殊 的应用,如人工肌肉,开关阀等,因此提高水凝胶响应速率的研究具有重要意义.Gehrke等和Hoffman 等-4采用相分离技术合成具有非均相结构的快速响应PNIPA水凝胶.Okano等通过接枝聚合在凝 胶基体中引入接枝链从而制备了快速收缩的PNIPA水凝胶.Zhuo等通过凝胶网络的冷处理J,冷 聚合/交联以及在聚合过程中使用成孔剂等方法合成的PNIPA水凝胶,其响应速率得到了较大的 提高.Zhuo等¨以混合溶剂,NaC1水溶液¨,糖类水溶液¨为反应介质制备的PNIPA水凝胶的响应 速率显着增大.Hoffman等在温度高于NIPA及羟丙基纤维素(HPC)的LCST下(5O℃)聚合,并在反 应接近终止时抽空反应器,利用HPC在温度高于其LCST(42oC)时会在聚合过程中沉淀的凝胶效应合 成了大孔水凝胶.本文尝试在低温(15℃)下在羟丙基甲基纤维素(HPMC)的水溶液中进行聚合/交联 反应合成了新型的温敏性PNIPA水凝胶,利用DSC对其相转变温度进行了表征,利用扫描电镜观察其 表面形态,并测定了不同温度下达到平衡时水凝胶的溶胀比,研究了水凝胶的去溶胀动力学. 1实验部分 1.1试剂和仪器 J7v一异丙基丙烯酰胺(NIPA)用(苯):V(正己烷)=l:1混合溶剂重结晶;Ⅳ,J7v一亚甲基双丙烯酰胺 (BIS,生化试剂),直接使用;J7v,J7v,J7v,J7v-四甲基乙二胺(TEMED,生化试剂),直接使用;过硫酸钱(APS, 分析纯),直接使用;羟丙基甲基纤维素(HPMC);60SH-4000,甲氧基含量为28%～30%,羟丙基氧含量 为7%～12%,直接使用. 美国PE(Perkin—Elmer)公司PYRISDIAMONDTALABSYSTEM型差示扫描量热仪(DSC);日本日 立Hitachi公司S-520型扫描电子显微镜(SEM);德国Broker公司Vector33型傅里叶变换红外谱仪. 2005-07-28收稿,2005—1018修回 中国科学院百人计划资助项目 通讯联系人:吕满庚.男.1963年生,教授,博士生导师;E-mail:mglu@mail.gic.al1.on;研究方向:智能高分子材料的合成与研究 应用化学第23卷 1.2PNIPA水凝胶的合成 将单体NIPA,交联剂BIS和HPMC溶于去离子水中,在通入N气的条件下机械搅拌20min后,加 入引发剂APS,继续通入N:气,再加入加速剂TEMED,混合均匀后于l5℃下反应24h,得到的水凝胶记 为水凝胶HF.传统PNIPA水凝胶(记为水凝胶HN)制备除不加HPMC外,其它条件均与水凝胶HF相 同.将得到的水凝胶在去离子水中室温浸泡7d,每天更换去离子水以除去未反应的单体及引发剂.将 得到的凝胶切成直径约10mm,厚约5mm的圆片,再放进约6O℃的水中,待其自然收缩.将收缩的凝 胶放入真空烘箱中干燥至衡重后,于保干器中存放备用.凝胶代号及投料量见表l. 表1PNIPA水凝胶的投料组成 Table1FeedcompositionsforpreparingPNIPAhydrogels Ⅱ-Converaion(%)=(m(dr