快速響應(yīng)的溫敏性PNIPAAm-粘土納米復(fù)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(zhuǎn)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(dāng)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(yīng)用的前景。但是傳統(tǒng)的PNIPAAm水凝膠存在機(jī)械性能差、易碎、響應(yīng)速率慢及透明性差等缺點(diǎn)，大大限制了其應(yīng)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(yīng)速率和良好力學(xué)性能的溫敏性PNIPAAm/粘土納米復(fù)合水凝膠(NC gels)，對這類凝膠的結(jié)構(gòu)和形態(tài)、溶脹和消溶脹行為、力學(xué)性能等進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。主要研究結(jié)果如下： 1．通過制備快速響應(yīng)PNIPAAm/Clay納米復(fù)合水凝膠的探測性試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，相對于碳酸鈉和碳酸鈣，KPS與粘土片層具有更強(qiáng)的離子相互作用，從而能形成穩(wěn)定的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，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(luò)結(jié)構(gòu)。 2．以CaCO3為制孔劑制備得到具有快速響應(yīng)速率的PNIPAAm/Clay納米復(fù)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(yīng)速率和力學(xué)性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與沒有加CaCO3的PNIPAAm/粘土納米復(fù)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(jié)構(gòu)的形成。凝膠中的孔洞結(jié)構(gòu)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(yīng)提高。由于凝膠中形成孔洞結(jié)構(gòu)，NCx/y(z)水凝膠的機(jī)械性能隨著CaCO3含量的增加有所下降；但與傳統(tǒng)的化學(xué)交聯(lián)的PNIPAAm水凝膠相比，它的強(qiáng)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(yīng)速率的PNIPAAm/Cl

5、ay納米復(fù)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(yīng)速率。研究結(jié)果表明，相對于NC水凝膠，NCx/y水凝膠具有快速的響應(yīng)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(jìn)行處理得到具有快速響應(yīng)速率的PNIPAAm/粘土納米復(fù)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(xué)