近红外光谱法对温敏性水凝胶相转变机理的研究

发布时间：2020-03-26 05:09

【摘要】：温敏性水凝胶具有温度刺激响应的特性,在外界温度改变至临界温度时,会发生体积相转变,这一特性被广泛应用于药物控释、组织工程等领域。研究其相转变机理,对于合成更优良的水凝胶及其应用具有至关重要的指导性意义。本论文采用近红外光谱法对温敏性水凝胶的相转变机理进行了研究。首先,通过过硫酸铵(APS)引发N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)聚合成功合成了温敏性的聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)水凝胶,并采用扫描电镜(SEM)和红外(IR)对其表观形貌和官能基团进行了表征。结果表明,其表面呈现多孔结构,断面分层,充满褶皱。此外,进一步确定了基团在近红外区域的谱带归属。其次,采集了 PNIPAM水溶液和水凝胶变温过程的近红外光谱,并对光谱进行了主成分分析(PCA)、二阶导数分析和多元曲线分辨-交替最小二乘(MCR-ALS)分析,得到N-H、-CH3和-CH2-在升温和降温中的变化规律,并根据MCR-ALS结果分析了相转变的原因,分析结果表明水凝胶在升温和降温过程中发生了可逆的相转变;水凝胶中N-H、-CH3和-CH2-在相转变开始之前就发生变化,且亲水的N-H比疏水的-CH3和-CH2-变化早,变化速度大,-CH3比-CH2-变化的更早,降温过程的相转变是升温过程的逆过程,但是降温过程相对于升温过程,其相转变温度滞后。相转变的原因是升温导致亲水基团与水之间的氢键减弱,以及聚合物链的构象发生coil-globule的转变,相转变温度滞后的原因是在升温过程分子链发生收缩和缠绕,降温过程缠绕没有及时解开。最后,探究了不同条件对相转变温度的影响。结果表明,体系中水含量、PNIPAM分子量对PNIPAM水溶液的相转变温度影响较小;加入NaCl,相转变温度减小;聚(N-异丙基丙烯酰胺-co-丙烯酰胺)[P(NIPAM-co-AA)]中随着AA含量的增加,相转变温度不断升高,并且P(NIPAM-co-AA)水凝胶的相转变由原来PNIPAM水凝胶的突变过程变为了渐变过程。
【图文】：

水凝胶,溶胀,分子种类,物理刺激

界微小的物理刺激（如温度，电场，磁场，光，压力，声音等）或化学刺激（如ｐＨ，逡逑离子强度，溶剂成分，分子种类等），并且发生响应，在响应过程有显著的溶胀行为逡逑或响应性，如图１－１所示［１９］。逡逑１逡逑

方式,水凝胶,聚合物,单体

过将ｐＨ敏感的丙烯酸接枝到温度敏感的聚Ｎ－异丙基丙烯酰胺中实现。逡逑１．３智能水凝胶的形成逡逑通常来说，智能水凝胶的形成方式有四种，，如图１－３所示［５５］，图（ａ）是通过光逡逑聚合的方式形成水凝胶，具体来说，是将适当的单体按照某种配方混合，然后用合适逡逑波长的光束照射单体共混物，使之发生反应，形成聚合物，最终在水中形成水凝胶。逡逑图（ｂ）是通过物理交联的方式形成水凝胶，具体来说，可分为三种情况，（ｉ）聚合逡逑物带有相反的电荷，相互吸引形成物理交联的聚合物；（ｉｉ）通过反离子，形成聚合逡逑物；（ｉｉｉ）在某些情况下，聚合物可能会部分结晶，而微晶则充当交联点，形成聚合逡逑物；这些聚合物在水中形成水凝胶。图（ｃ）是疏水段Ａ和亲水段Ｂ聚合形成嵌段共逡逑聚物，最终在水中形成水凝胶。图（ｄ）是通过化学交联的方式形成水凝胶，具体来逡逑说是通过拥有两个或两个以上双键的单体，在聚合过程中充当连接点，将聚合物的分逡逑子链连接起来
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O648.17;O657.33

【参考文献】