温敏瓜尔胶水凝胶的制备与性能研究
发布时间：2021-08-21 08:35
为提高天然多糖瓜尔胶的附加价值,拓宽其应用范围,本研究制备出一系列瓜尔胶-聚（N-异丙基丙烯酰胺）（GG-PNIPAM）复合水凝胶;通过傅里叶红外光谱仪（FTIR）、扫描电子显微镜（SEM）、差示扫描量热法（DSC）、紫外-可见分光光度计（UV-Vis）、热失重分析（TGA）、质构仪、万能试验机等对其结构与性能进行了表征。通过溶胀度实验及数学模型探讨分析一系列样品的溶胀能力;通过研究瓜尔胶凝胶温度响应形变、可塑性以及药物控释能力来探索其应用。研究结果包括以下几个方面:（1）瓜尔胶上成功接枝了N-异丙基丙烯酰胺（NIPAM）和N-（3-二甲氨基丙基）甲基丙烯酰胺（DMAPMA）,在65℃水中的GG-PNIPAM复合水凝胶外观由透明变为白色不透明状态。随着NIPAM物质的量百分比增加使得GG-PNIPAM水凝胶20℃时平衡溶胀率与60℃时平衡溶胀率之差由284%增加至3977%以及60℃时的吸光度增加。水凝胶样品G0.5M2N70、G0.5M2N75、G
【文章来源】：北京林业大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
瓜尔胶的分子结构式Figure1.1Themolecularstructureofguargum
温敏瓜尔胶水凝胶的制备与性能研究163.2GG-PNIPAM复合水凝胶形成及表征3.2.1GG-PNIPAM复合水凝胶制备瓜尔胶因有很多优良特性被广泛使用，但其不可控的水合速率、生物降解速度快以及对细菌污染的敏感性限制了它的应用领域。为改善GG理化性质必须对其进行化学修饰，表面改性、接枝以及形成双网络结构是GG普遍的化学修饰方法。Palem等人（2020）已经开发了一种双敏感的复合水凝胶网络，该网络由瓜尔豆胶接枝聚丙烯酰胺基乙醇酸加入硼氢化钠制成，可通过快速简便的还原反应诱导银核的交联和生长。Kajjari等人（2012）报道了藻酸钠和聚（N-异丙基丙烯酰胺）接枝GG的新型pH响应和热响应性混合水凝胶微球的制备。Jalababu等人（2020）将N-丙烯酰基-L-苯丙氨酸氨基酸和瓜尔胶聚合物通过自由基聚合合成氨基酸接枝共聚物。然后采用接枝共聚物、N-异丙基丙烯酰胺和甲基丙烯酸2-（二甲胺）乙酯通过自由基交联聚合反应合成双响应（pH和温度）水凝胶。图3.1GG接枝共聚示意图Figure3.1SchematicdiagramofGGgraftcopolymerization(NH4)2S2O8（APS）
GG-PNIPAM复合水凝胶在智能材料及药物控释领域的应用17实验利用丙烯酰胺类单体对天然高分子聚合物GG进行改性。当GG溶液浓度过高时会造成溶液过于黏稠导致后续反应时间过长，因此GG溶液浓度定为0.5%。先向GG溶液中加入NIPAM和DMAPMA，充分搅拌后加入MBA，待MBA全部溶解再加入蒙脱土继续搅拌。在实验中观察到，若在室温下加入APS会导致部分溶液颜色变成不透明的白色而且无法形成凝胶。因此最后要在冰浴条件下加入APS和加速剂。本实验在瓜尔胶上通过添加MBA接枝了NIPAM和DMAPMA，图3.1展示了GG接枝共聚反应原理（Jalababuetal.，2020）。最终成功制备了GG-PNIPAM水凝胶，结构示意图见图3.2。图3.2GG-PNIPAM水凝胶结构图例Figure3.2LegendofGG-PNIPAMhydrogelstructure3.2.2G0.5M0N95水凝胶宏观形貌
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种通过取向聚合物网络提高驱动性能的各向异性纳米复合水凝胶（英文）[J]. 唐萍,严昊,陈列,吴青山,赵天艺,李书宏,高海南,刘明杰. Science China Materials. 2020(05)
[2]温敏型聚合物PNIPAM的改性及应用研究进展[J]. 吕青芸,沈勇,王黎明,徐丽慧. 合成化学. 2019(05)
[3]温度响应弯曲变形水凝胶的制备及性能[J]. 邵葳,王金荣. 石油化工. 2018(05)
[4]瓜尔胶改性粘合剂的制备工艺[J]. 吴晓飞,关晋平,陈国强. 印染助剂. 2018(04)
[5]Role of hydrogen bonding in solubility of poly（N-isopropylacrylamide） brushes in sodium halide solutions[J]. 赵新军,高志福. Chinese Physics B. 2016(07)
[6]瓜尔胶的改性及其在造纸工业中的应用[J]. 申冉,陈威. 造纸化学品. 2015 (02)
[7]双网络POSS/羧甲基纤维素/PNIPAm杂化水凝胶的制备和性能研究[J]. 刘红霞,张丽华,谭玉园,韦春,吕建,余传柏. 高分子学报. 2013(12)
[8]交联剂对多孔水凝胶形态结构的影响[J]. 楚晖娟,徐帅,魏宏亮,巴宁宁,王国峰. 中州大学学报. 2013(05)
[9]高强度双网络高分子水凝胶:性能、进展及展望[J]. 陈咏梅,董坤,刘振齐,徐峰. 中国科学:技术科学. 2012(08)
[10]瓜尔胶的改性及其透光性能研究[J]. 李聪暖,罗儒显. 广东化工. 2012(07)
博士论文
[1]糖组分智能水凝胶的制备及其性能研究[D]. 魏威.南京理工大学 2017
[2]聚合物玻璃化转变行为的分子动力学模拟研究[D]. 谢士杰.吉林大学 2015
[3]压裂用瓜尔胶的改性及性能研究[D]. 陈锋.中国矿业大学（北京） 2015
硕士论文
[1]P（MAGEL-NIPAAm）水凝胶制备与溶胀动力学研究[D]. 隋美玉.青岛科技大学 2019
[2]近红外光谱法对温敏性水凝胶相转变机理的研究[D]. 王宇璐.北京化工大学 2018
[3]聚氨酯基形状记忆聚合物的制备与性能研究[D]. 李伟伟.新疆大学 2017
[4]瓜尔胶的改性、共混及其应用研究[D]. 黎丽华.武汉大学 2004
本文编号：3355264
【文章来源】：北京林业大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
瓜尔胶的分子结构式Figure1.1Themolecularstructureofguargum
温敏瓜尔胶水凝胶的制备与性能研究163.2GG-PNIPAM复合水凝胶形成及表征3.2.1GG-PNIPAM复合水凝胶制备瓜尔胶因有很多优良特性被广泛使用，但其不可控的水合速率、生物降解速度快以及对细菌污染的敏感性限制了它的应用领域。为改善GG理化性质必须对其进行化学修饰，表面改性、接枝以及形成双网络结构是GG普遍的化学修饰方法。Palem等人（2020）已经开发了一种双敏感的复合水凝胶网络，该网络由瓜尔豆胶接枝聚丙烯酰胺基乙醇酸加入硼氢化钠制成，可通过快速简便的还原反应诱导银核的交联和生长。Kajjari等人（2012）报道了藻酸钠和聚（N-异丙基丙烯酰胺）接枝GG的新型pH响应和热响应性混合水凝胶微球的制备。Jalababu等人（2020）将N-丙烯酰基-L-苯丙氨酸氨基酸和瓜尔胶聚合物通过自由基聚合合成氨基酸接枝共聚物。然后采用接枝共聚物、N-异丙基丙烯酰胺和甲基丙烯酸2-（二甲胺）乙酯通过自由基交联聚合反应合成双响应（pH和温度）水凝胶。图3.1GG接枝共聚示意图Figure3.1SchematicdiagramofGGgraftcopolymerization(NH4)2S2O8（APS）
GG-PNIPAM复合水凝胶在智能材料及药物控释领域的应用17实验利用丙烯酰胺类单体对天然高分子聚合物GG进行改性。当GG溶液浓度过高时会造成溶液过于黏稠导致后续反应时间过长，因此GG溶液浓度定为0.5%。先向GG溶液中加入NIPAM和DMAPMA，充分搅拌后加入MBA，待MBA全部溶解再加入蒙脱土继续搅拌。在实验中观察到，若在室温下加入APS会导致部分溶液颜色变成不透明的白色而且无法形成凝胶。因此最后要在冰浴条件下加入APS和加速剂。本实验在瓜尔胶上通过添加MBA接枝了NIPAM和DMAPMA，图3.1展示了GG接枝共聚反应原理（Jalababuetal.，2020）。最终成功制备了GG-PNIPAM水凝胶，结构示意图见图3.2。图3.2GG-PNIPAM水凝胶结构图例Figure3.2LegendofGG-PNIPAMhydrogelstructure3.2.2G0.5M0N95水凝胶宏观形貌
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种通过取向聚合物网络提高驱动性能的各向异性纳米复合水凝胶（英文）[J]. 唐萍,严昊,陈列,吴青山,赵天艺,李书宏,高海南,刘明杰. Science China Materials. 2020(05)
[2]温敏型聚合物PNIPAM的改性及应用研究进展[J]. 吕青芸,沈勇,王黎明,徐丽慧. 合成化学. 2019(05)
[3]温度响应弯曲变形水凝胶的制备及性能[J]. 邵葳,王金荣. 石油化工. 2018(05)
[4]瓜尔胶改性粘合剂的制备工艺[J]. 吴晓飞,关晋平,陈国强. 印染助剂. 2018(04)
[5]Role of hydrogen bonding in solubility of poly（N-isopropylacrylamide） brushes in sodium halide solutions[J]. 赵新军,高志福. Chinese Physics B. 2016(07)
[6]瓜尔胶的改性及其在造纸工业中的应用[J]. 申冉,陈威. 造纸化学品. 2015 (02)
[7]双网络POSS/羧甲基纤维素/PNIPAm杂化水凝胶的制备和性能研究[J]. 刘红霞,张丽华,谭玉园,韦春,吕建,余传柏. 高分子学报. 2013(12)
[8]交联剂对多孔水凝胶形态结构的影响[J]. 楚晖娟,徐帅,魏宏亮,巴宁宁,王国峰. 中州大学学报. 2013(05)
[9]高强度双网络高分子水凝胶:性能、进展及展望[J]. 陈咏梅,董坤,刘振齐,徐峰. 中国科学:技术科学. 2012(08)
[10]瓜尔胶的改性及其透光性能研究[J]. 李聪暖,罗儒显. 广东化工. 2012(07)
博士论文
[1]糖组分智能水凝胶的制备及其性能研究[D]. 魏威.南京理工大学 2017
[2]聚合物玻璃化转变行为的分子动力学模拟研究[D]. 谢士杰.吉林大学 2015
[3]压裂用瓜尔胶的改性及性能研究[D]. 陈锋.中国矿业大学（北京） 2015
硕士论文
[1]P（MAGEL-NIPAAm）水凝胶制备与溶胀动力学研究[D]. 隋美玉.青岛科技大学 2019
[2]近红外光谱法对温敏性水凝胶相转变机理的研究[D]. 王宇璐.北京化工大学 2018
[3]聚氨酯基形状记忆聚合物的制备与性能研究[D]. 李伟伟.新疆大学 2017
[4]瓜尔胶的改性、共混及其应用研究[D]. 黎丽华.武汉大学 2004
本文编号：3355264
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