PNIPAM微凝胶相变行为及界面性质介观模拟研究
发布时间：2021-11-12 06:56
PNIPAM（Poly（N-isopropylacrylamide）,N-异丙基丙烯酰胺聚合物）微凝胶是一类在水中溶胀而不溶解的亲水性高分子交联网络聚集体,已广泛应用于纳米器件、生物医药载体、化工智能分离、智能催化工程等领域。但PNIPAM微凝胶的高功能化、智能化还有待提高,这也成为了它广泛应用迫切需要解决的问题。微凝胶微观相行为、物理化学性质因界面受限而复杂,严重影响了微凝胶高功能性和智能化表达。因此,迫切需要在微观尺度揭示聚合物链构型与宏观性质间的构-效关系。本文构建了一种定量描述PNIPAM微凝胶（聚合物）温敏特性的模型,围绕PNIPAM微凝胶相变行为及界面性质展开研究,以期为实验设计提供理论依据。本文主要包括以下内容:（1）PNIPAM微凝胶的溶胀、塌陷行为具有温度依赖性。基于Langevin动力学,耦合Lennard-Jones与Morse势能函数,发展了一种定量描述PNIPAM微凝胶温敏特性的模型,该模型能准确描述PNIPAM微凝胶溶胀、塌陷动力学过程中的主要特性,包括体积相转变温度、温度依赖性粒径和结构形态变化等性质。（2）基于该模型,系统研究PNIPAM微凝胶胶囊温度依...
【文章来源】：华东理工大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：144 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２不同聚合度的ＰＮＩＰＡＭ化学结构
［２３］。??Ｓｈｉｒａｇａ等人［２２］通过分析太赫兹区域（０．２５￣１２?ＴＨｚ）的复杂介电常数研究了?ＰＮＩＰＡＭ??水溶液在相变过程中的氢键变化。事实上，相变过程涉及特殊的氢键网络结构特征性，??包括非氢键聚集的水分子（不直接参与ＨＢ网络或水合成ＮＩＰＡＭ）和参与氢键网络水合??的四面体配位水分子。而通过介电常数分析太赫兹区域水分子结构性质，可以选择性探??测水分子定向重排和水分子间振动，进而探究相变过程中氢键及非氢键数目变化。该方??法测量单位ＮＩＰＡＭ单体的水合数为１０，如图１．３所示。此结果与介电光谱实验［２４＞２５］（水??合数为？１１）、理论研究（水合数为？１０）?［２６］、分子动力学［２２］（水合数为？１２）结果接近，??稍微大于Ｋｏｇｕｒｅ等人［２７］利用超声波－密度相结合方法的测量值（水合数为￣７．５）。具体地，??研究表明，在温度低于ＬＣＳＴ时，亲水基团暴露于溶剂中，焓驱动（亲水性水合作用）??亲水的酰胺（－ＮＨ）和羰基（－ＣＯ）基团与溶剂相中的水分子形成氢键，同时，在异丙??基周围发现“笼状”刚性氢键网络，称为疏水水合。当温度高于ＬＣＳＴ，熵占主导地位，??导致Ｇｉｂｂｓ自由能增加，疏水作用导致疏水性基团始聚集在一起以补偿熵损失。在此过??程中，亲水性－ＮＨ和－ＣＯ基团部分嵌入ＰＮＩＰＡＭ链内部，分子内形成－ＮＨ…ＯＣ－氢键，??疏水的异丙基残基，由于疏水水合数量减少，形态也会发生相应改变。??５０００?——，—－＾．￣￣￣￣＇￣￣￣￣？￣．￣￣■￣￣，￣￣??Ｕｉ??１?４０００－?＾??＾?°?＋?、木、??？?３０００?？?１?＾??■〇?？?？？、、、，、、??２
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本文编号：3490396
【文章来源】：华东理工大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：144 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２不同聚合度的ＰＮＩＰＡＭ化学结构
［２３］。??Ｓｈｉｒａｇａ等人［２２］通过分析太赫兹区域（０．２５￣１２?ＴＨｚ）的复杂介电常数研究了?ＰＮＩＰＡＭ??水溶液在相变过程中的氢键变化。事实上，相变过程涉及特殊的氢键网络结构特征性，??包括非氢键聚集的水分子（不直接参与ＨＢ网络或水合成ＮＩＰＡＭ）和参与氢键网络水合??的四面体配位水分子。而通过介电常数分析太赫兹区域水分子结构性质，可以选择性探??测水分子定向重排和水分子间振动，进而探究相变过程中氢键及非氢键数目变化。该方??法测量单位ＮＩＰＡＭ单体的水合数为１０，如图１．３所示。此结果与介电光谱实验［２４＞２５］（水??合数为？１１）、理论研究（水合数为？１０）?［２６］、分子动力学［２２］（水合数为？１２）结果接近，??稍微大于Ｋｏｇｕｒｅ等人［２７］利用超声波－密度相结合方法的测量值（水合数为￣７．５）。具体地，??研究表明，在温度低于ＬＣＳＴ时，亲水基团暴露于溶剂中，焓驱动（亲水性水合作用）??亲水的酰胺（－ＮＨ）和羰基（－ＣＯ）基团与溶剂相中的水分子形成氢键，同时，在异丙??基周围发现“笼状”刚性氢键网络，称为疏水水合。当温度高于ＬＣＳＴ，熵占主导地位，??导致Ｇｉｂｂｓ自由能增加，疏水作用导致疏水性基团始聚集在一起以补偿熵损失。在此过??程中，亲水性－ＮＨ和－ＣＯ基团部分嵌入ＰＮＩＰＡＭ链内部，分子内形成－ＮＨ…ＯＣ－氢键，??疏水的异丙基残基，由于疏水水合数量减少，形态也会发生相应改变。??５０００?——，—－＾．￣￣￣￣＇￣￣￣￣？￣．￣￣■￣￣，￣￣??Ｕｉ??１?４０００－?＾??＾?°?＋?、木、??？?３０００?？?１?＾??■〇?？?？？、、、，、、??２
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