快速響應的溫敏性PNIPAAm-粘土納米復合水凝膠的制備與性能研究.pdf

1、聚(N-異丙基丙烯酰胺)(PNIPAAm)凝膠是一種非離子型溫度敏感性水凝膠，其體積相轉變溫度(VPTT)在32℃左右。在外界溫度較低于其VPTT時，PNIPAAm水凝膠具有良好的親水性；當溫度上升至其VPTT以上時，PNIPAAm水凝膠體積收縮?；谶@種特性，它在藥物控制釋放、酶的固定化及循環(huán)吸附材料等方面有著誘人的應用的前景。但是傳統(tǒng)的PNIPAAm水凝膠存在機械性能差、易碎、響應速率慢及透明性差等缺點，大大限制了其應用。

2、本文通過添加制孔劑和冷凍干燥的方法制備了具有較快響應速率和良好力學性能的溫敏性PNIPAAm/粘土納米復合水凝膠(NC gels)，對這類凝膠的結構和形態(tài)、溶脹和消溶脹行為、力學性能等進行了系統(tǒng)的研究。主要研究結果如下： 1．通過制備快速響應PNIPAAm/Clay納米復合水凝膠的探測性試驗發(fā)現(xiàn)，相對于碳酸鈉和碳酸鈣，KPS與粘土片層具有更強的離子相互作用，從而能形成穩(wěn)定的三維網(wǎng)絡結構，而聚乙二醇通過與粘土片層表面的吸附作用把粘

3、土包附起來，使粘土片層無法起到交聯(lián)劑的作用，從而無法形成三維網(wǎng)絡結構。 2．以CaCO3為制孔劑制備得到具有快速響應速率的PNIPAAm/Clay納米復合水凝膠(NCx/y(z)gels)。研究CaCO3的粒徑大小和不同含量對凝膠響應速率和力學性能的影響。實驗結果表明，與沒有加CaCO3的PNIPAAm/粘土納米復合水凝膠相比NCx/y(z)水凝膠的消溶脹速率得到了明顯的提高，這是由于凝膠中孔洞結構的形成。凝膠中的孔洞結構由Ca

4、CO3顆粒的大小和含量來決定的，3000目的CaCO3比800目的CaCO3制得的NCx/y(z)水凝膠孔洞更小，密度更高，消溶脹速度更快；并且隨著CaCO3含量的增加消溶脹速率也相應提高。由于凝膠中形成孔洞結構，NCx/y(z)水凝膠的機械性能隨著CaCO3含量的增加有所下降；但與傳統(tǒng)的化學交聯(lián)的PNIPAAm水凝膠相比，它的強度和韌性還是有明顯的提高。 3．以Na2CO3為制孔劑制備得到具有快速響應速率的PNIPAAm/Cl

5、ay納米復合水凝膠(NCx/y gels)。研究了不同粘土含量和不同NaECO3含量的NCx/y水凝膠的響應速率。研究結果表明，相對于NC水凝膠，NCx/y水凝膠具有快速的響應速率，但是粘土含量和Na2CO3含量的變化對消溶脹速率的影響不大。 4．通過冷凍干燥對NC水凝膠進行處理得到具有快速響應速率的PNIPAAm/粘土納米復合水凝膠(FD gels)。研究了冷凍干燥過程中的水含量(Q)對于孔洞尺寸、水從凝膠中滲出的速度以及力學