快速响应纳米复合凝胶的合成与性能表征.PDFVIP

快速响应纳米复合凝胶的合成与性能表征 1 1 1 2 1 1 刘洋 朱美芳 李天波 杨驰 孙宾 陈彦模 1 纤维材料改性国家重点实验室，东华大学材料学院，上海200051 2 上海第二医科大学附属第九人民医院，上海 200011 关键词：快速响应，智能凝胶，纳米复合凝胶 以水/有机混合溶剂为聚合介质合成了一系列粘土/PNIPA 纳米复合凝胶（NC 凝胶），发现该凝胶的平衡溶胀率随粘土用量的增加而减小；并且当水/有机混合 溶剂中的有机溶剂组分达到一定比例时，可较大地改善NC 凝胶的溶胀行为，如： 加快了其响应速率，提高了其溶胀率。 1 快速响应粘土纳米复合凝胶的合成与性能表征∗ 1 ∗∗1 1 2 1 1 刘洋 朱美芳 李天波 杨驰 孙宾 陈彦模 1 纤维材料改性国家重点实验室，东华大学材料学院，上海200051 2 上海第二医科大学附属第九人民医院，上海 200011 智能水凝胶是一类对外界刺激能产生敏感响应的水凝胶，当外部环境的pH 、 离子强度、温度、电场以及环境中所含的其他化学物质发生变化时，高分子凝胶 即呈现出“刺激一响应”状态，在化学转换器、记忆元件开关、传感器、药物的控 制释放体系、个人卫生用品、人造肌肉、化学存储器、分子分离体系、活性酶的 包埋等方面有着很大的应用潜力[1-3] 。 近年来，研究人员成功制成了一种新型的智能凝胶 （纳米复合智能凝胶：简 称NC 凝胶）[4, 5] ，该凝胶有着优良的机械性能，如高强度、高断裂伸长率等优 点，但其去溶胀速率还不是十分理想，特别是在较高的粘土含量时，其去溶胀速 率较慢。相反在水/有机溶剂混合溶液中聚合制得的水凝胶有着响应速度快，平 衡溶胀度高等优点，但是其相应的机械强度很差，基本不具备应用价值[6, 7] 。 本实验试图通过把这两种水凝胶的长处结合起来，使用粘土作为交联剂，同 时使用混合有机溶剂制备水凝胶，研究有机溶剂的加入对粘土纳米复合水凝胶的 溶胀/去溶胀动力学影响，希望可以找出水凝胶在机械强度和溶胀/去溶胀之间的 平衡点，从而为制备能同时满足这两方面要求的温敏性水凝胶。 实验部分 将一定量单体NIPA(N-异丙基丙烯酰胺)溶解于锂皂石（Laponite ）分散液中， 再加入有机溶剂 （丙酮、乙醇、甲醇）和加速剂N,N,N’,N ’-四甲基乙二胺，搅拌 均匀，最后加入一定量的过硫酸钾溶液，搅拌后转移至试管中并通氮气排出空气， 然后密封，23±1oC 反应24h 。反应完成后将所得凝胶用切成厚度约为5mm 的圆 片，并将这些圆片于室温下用去离子水浸泡，每隔数小时换水一次，换水 4～5 次，以除去未反应单体及其它残余物。 以测重法测定水凝胶在23～50℃间的平衡溶胀率（SR）。平衡溶胀率定义为： ∗ 国家自然科学基金项目（No. No）和教育部科技创新工程重大项目培育资金项目 （704021 ）资助 ∗∗ 通讯联系人：朱美芳，Email: zmf@dhu.edu.cn 2 SR =(W －W )/W ，W 达到溶胀平衡状态时水凝胶质量，W 为干凝胶质量。 s d d s d 用不同时刻的凝胶的保水率（WR ）来表征其失水快慢，定义为：WR=100 ％×（W -W ）/W ，W 和W 定义同上，W 为t 时刻凝胶的质量。水凝胶于23 t d s