基于瓜环凝胶的宏观组装及环境响应性研究

发布时间：2017-10-12 10:24

  本文关键词：基于瓜环凝胶的宏观组装及环境响应性研究

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【摘要】：瓜环的外部具有亲水性、内部疏水性及端口羰基高负电性,这种特殊的结构使其在分子组装领域有着独特的优势。本文将瓜环的分子组装原理应用于水凝胶的宏观组装,制备了具有特殊pH响应性和氧化还原响应性的水凝胶。通过环境的改变(pH、氧化性、还原性)可以控制凝胶组装的可逆性,具体如下:用瓜环代替传统丙烯酰胺类水凝胶的交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺,制备了七元瓜环/聚丙烯酰胺水凝胶(CB[7]/PAAm gel);采用傅里叶红外光谱和氢核磁共振技术对其结构进行了表征;研究了CB[7]/PAAm gel的自组装性能和pH响应性及其力学性能。结果表明:CB[7]/PAAm gel具有自组装特性,在室温情况下,凝胶的自组装需要数天,而在70℃加热情况下,凝胶自组装仅需要2 h;在强碱性环境中,CB[7]/PAAm gel向溶胶转变,而在酸性时,溶胶又会转变成凝胶,这种转变是可逆的,从而获得一种新型的pH响应性的水凝胶;另外,酸性环境下制备的CB[7]/PAAm gel其抗拉能力大于中性环境下制备的CB[7]/PAAm gel。合成了丙烯氧基七元瓜环((C3H5O)1CB[7]),制备了丙烯氧基七元瓜环/聚丙烯酰胺水凝胶((C3H5O)1CB[7]/PAAm gel);合成了甲酸二茂铁及二茂铁甲酸(2-丙烯酰氧乙基)酯,制备了二茂铁/聚丙烯酰胺水凝胶(Fc/PAAm gel);采用氢核磁共振技术对(C3H5O)1CB[7]/PAAm gel及Fc/PAAm gel的结构进行表征;并研究了(C3H5O)1CB[7]/PAAm gel与Fc/PAAm gel的宏观组装性及其氧化还原性。结果表明:当原料用量为丙烯酰胺1.3 g,N,N-亚甲基双丙烯酰胺0.06 g,偶氮二异丁腈0.02 g,二甲基亚砜10 mL时,制备形成的水凝胶有利于宏观组装;(C3H5O)1CB[7]/PAAm gel与PAAm gel不能进行宏观组装,(C3H5O)1CB[7]/PAAm gel与Fc/PAAm gel可以进行宏观组装;(C3H5O)1CB[7]/PAAm gel,Fc/PAAm gel宏观组装体在氧化剂NaClO水溶液中可以分开,而在还原剂谷胱甘肽水溶液中重新进行组装。(C3H5O)1CB[7]/PAAm gel,Fc/PAAm gel是一种具有氧化还原响应性的新型宏观组装材料。
【关键词】：瓜环 凝胶 自愈性 宏观组装 环境响应性
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O648.17
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-11
• 1 绪论11-29
• 1.1 超分子研究现状11-13
• 1.1.1 分子识别11
• 1.1.2 分子自组装11-12
• 1.1.3 超分子催化12
• 1.1.4 超分子器件12-13
• 1.1.5 瓜环为主体的超分子组装13
• 1.2 超分子水凝胶的研究现状13-15
• 1.2.1 氢键作用14
• 1.2.2 金属配位作用14-15
• 1.2.3 主客体作用15
• 1.3 智能水凝胶15-17
• 1.3.1 温度敏感型水凝胶15-16
• 1.3.2 pH敏感型水凝胶16
• 1.3.3 电场敏感型水凝胶16-17
• 1.3.4 光敏感型水凝胶17
• 1.3.5 化学物质敏感型水凝胶17
• 1.4 智能水凝胶的应用17-18
• 1.4.1 组织工程18
• 1.4.2 化学器件18
• 1.5 宏观组装材料的研究现状18-19
• 1.6 课题意义及研究内容19-21
• 参考文献21-29
• 2 瓜环/聚丙烯酰胺凝胶(CB[n]/PAAm gel)的制备及表征29-43
• 2.1 引言29
• 2.2 CB[7]/PAAm gel的制备29-32
• 2.2.1 试剂与仪器29-30
• 2.2.2 丙烯酰胺水凝胶(PAAm gel)的制备30-31
• 2.2.3 CB[n]代替BIS作为交联剂制备CB[n]/PAAm gel31-32
• 2.2.4 不同丙烯酰胺配比的CB[n]/PAAm gel的制备32
• 2.2.5 pH对CB[7]/PAAm gel的制备的影响32
• 2.3 CB[7]/PAAm gel的表征试验32-33
• 2.3.1 傅里叶红外光谱分析(FT-IR)32
• 2.3.2 核磁共振光谱分析~1H NMR32-33
• 2.4 结果与讨论33-37
• 2.4.1 交联剂BIS对PAAm gel制备的影响33
• 2.4.2 瓜环取代BIS作为交联剂制备丙烯酰胺水凝胶33-35
• 2.4.3 CB[n]/PAAm gel的制备35
• 2.4.4 pH对制备的CB[7]/PAAm gel的影响35-37
• 2.5 CB[7]/PAAm gel表征37-39
• 2.5.1 CB[7]/PAAm gel分子结构37
• 2.5.2 CB[7]/PAAm gel红外分析37-38
• 2.5.3 CB[7]/PAAm gel ~1H NMR分析38-39
• 2.6 本章小结39-40
• 参考文献40-43
• 3 CB[7]/PAAm gel宏观自组装的性能研究43-59
• 3.1 引言43-44
• 3.2 试验仪器44-45
• 3.2.1 实验所用的试剂和仪器规格44-45
• 3.3 实验部分45-46
• 3.3.1 CB[7]/PAAm gel宏观自组装的影响因素试验45
• 3.3.2 不同聚合度CB[n]/PAAm gel的自组装及CB[n]/PAAm gel与PAAmgel宏观组装试验45
• 3.3.3 CB[n]/PAAm gel的宏观自组装试验45
• 3.3.4 CB[7]/PAAm gel对pH响应性试验45
• 3.3.5 CB[7]/PAAm gel的溶胶凝胶转变试验45-46
• 3.3.6 CB[7]/PAAm gel的力学性能试验46
• 3.4 结果与讨论46-55
• 3.4.1 CB[7]/PAAm gel的宏观自组装原理46-47
• 3.4.2 不同丙烯酰胺量对CB[7]/PAAm gel的自组装影响47
• 3.4.3 CB[n]/PAAm gel的宏观自组装性能研究47-49
• 3.4.4 PAAm gel与CB[7]/PAAm gel的宏观组装研究49
• 3.4.5 pH=0 环境下制备的CB[7]/PAAm gel的溶胶-凝胶转变研究49-50
• 3.4.6 pH环境对CB[7]/PAAm gel的自愈的影响50-51
• 3.4.7 酸性pH=0 环境中制备的CB[7]/PAAm gel的力学性能研究51-53
• 3.4.8 CB[7]/PAAm gel的pH响应性研究53-54
• 3.4.9 CB[7]/PAAm gel自组装机理分析54-55
• 3.5 本章小结55-56
• 参考文献56-59
• 4 (C_3H_5O)_1CB[7]/PAAm gel凝胶与Fc/PAAm gel的宏观组装研究59-75
• 4.1 引言59
• 4.2 实验部分59-65
• 4.2.1 试剂与仪器59-61
• 4.2.2 (C_3H_5O)_1CB[7]单体的制备61
• 4.2.3 主体(C_3H_5O)_1CB[7]/PAAm gel的制备61-62
• 4.2.4 BIS用量对PAAm gel软硬性影响试验62
• 4.2.5 (C_3H_5O)_1CB[7]/PAAm gel的合成试验62-63
• 4.2.6 甲酸二茂铁的合成63
• 4.2.7 二茂铁甲酸(2-丙烯酰氧乙基)酯(AEEC)的合成63-64
• 4.2.8 二茂铁水凝胶(Fc/PAAm gel)的合成64
• 4.2.9 (C_3H_5O)_1CB[7]/PAAm gel和Fc/PAAm gel的宏观组装试验64
• 4.2.10 (C_3H_5O)_1CB[7]/PAAm gel和Fc/PAAm gel宏观组装凝胶的氧化还原响应性实验64-65
• 4.2.11 (C_3H_5O)_1CB[7]/PAAm gel和Fc/PAAm gel凝胶的~1H NMR65
• 4.3 结果与讨论65-69
• 4.3.1 原料配比对PAAm gel的软硬性的影响65
• 4.3.2 (C_3H_5O)_1CB[7]/PAAm gel的~1H NMR分析65-66
• 4.3.3 Fc/PAAm gel ~1H NMR分析66-67
• 4.3.4 (C_3H_5O)_1CB[7]/PAAm gel分别与PAAm gel和Fc/PAAm gel的宏观组装分析67-68
• 4.3.5 (C_3H_5O)_1CB[7]/PAAm gel与Fc/PAAm gel的宏观组装与还原响应性分析68-69
• 4.3.6 (C_3H_5O)_1CB[7]/PAAm gel与Fc/PAAm gel的宏观组装机理69
• 4.4 本章小结69-71
• 参考文献71-75
• 5 结论与展望75-76
• 5.1 结论75
• 5.2 展望75-76
• 致谢76-77
• 攻读硕士研究生学位期间发表论文77

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本文编号：1018171