羧甲基纤维素与丙烯酸接枝共聚凝胶的溶胀动力学及过溶胀平衡特性 .pdfVIP

2007 年第65 卷 化 学 学 报 Vol. 65, 2007 第3 期, 271～278 ACTA CHIMICA SINICA No. 3, 271～278 ·研究论文· 羧甲基纤维素与丙烯酸接枝共聚凝胶的溶胀动力学及过溶胀平衡特性 的研究 殷以华*,a 董 慧a 季兴敏a 李国辉a 姜建平b 郑 化a (a 武汉理工大学化学工程学院 武汉 430070) (b 武汉理工大学理学院 武汉 430070) 摘要 采用接枝共聚合成了羧甲基纤维素钠、丙烯酸与N,N ′-亚甲基双丙烯酰胺的交联凝胶, 研究了这类凝胶在不同pH 值的缓冲溶液中的溶胀行为, 发现在酸性介质中凝胶的溶胀动力学行为表现出过溶胀平衡特性(overshooting effect), 即 凝胶先发生溶胀到最大值, 然后再逐渐消溶胀到平衡. 这种现象可归因于凝胶溶胀过程中羧基之间通过氢键所产生的 协同物理交联. 较之凝胶的组成, 缓冲溶液的pH 值对过溶胀平衡现象的影响更为显著. 前者是因为凝胶羧基的总摩尔 分数并不随两组分结构单元摩尔数的改变而改变, 羧基之间通过氢键形成的物理交联程度在交联剂摩尔分数接近的条 件下变化不大; 后者是由于溶液的 pH 值显著影响凝胶羧基的质子化程度, 进而影响羧基之间通过氢键形成的物理交 联程度. 凝胶在酸性介质中的溶胀过程符合 E. Díez-Peña 等提出的溶胀动力学定量模型, 理论曲线与实验数据有较好 的相关性. 凝胶在 pH ≥5.0 的缓冲溶液中的溶胀不产生过溶胀平衡现象, 这一现象归因于完全离子化的羧基之间不能 形成物理交联. 凝胶的溶胀过程遵循Schott 二级溶胀动力学. 关键词 凝胶; 过溶胀平衡现象; 协同物理交联; 溶胀动力学 Study on the Swelling Dynamics of Carboxy Methyl Cellulose-graft- poly(acrylic acid) Hydrogels and the Overshooting Effect YIN, Yi-Hua*,a DONG, Huia JI, Xing-Mina LI, Guo-Huia JIANG, Jian-Pingb ZHENG, Huaa a ( School of Chemical Engineering, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070) (b School of Sciences, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070) Abstract A series of hydrogels were synthesized by graft cross-link copolymerization of carboxy methyl- cellulose (CMC) and acrylic acid (AA) using N,N ′-methylene-bis-(acrylamide) as a cross-linker. The swell- i