TEOS-GO掺杂的银基离子聚合物金属复合材料的制备及其致动性能

离子聚合物金属复合材料(IPMC)是一种新型的电驱动软材料,具有质量轻、驱动电压低的优点,但也存在输出力较小、驱动时间短的缺点,限制了其应用前景。提出了一种在基膜内掺杂硅酸乙酯-氧化石墨烯(TEOS-GO)以提高保水性和驱动能力的银基IPMC,通过对纯Nafion IPMC与TEOS-GO/Nafion IPMC致动器的含水量、尖端位移、输出力和稳定性等参数的测试,证实优化后IPMC的驱动性能有明显的提升。实验结果表明,掺杂质量分数1.5%TEOS-GO的IPMC在3 V直流电压下,尖端位移达到16.579 mm,相当于纯Nafion IPMC的3.37倍;输出力最高达到0.439 gf(1 gf=9.8 mN),是纯Nafion IPMC的5倍。这种改进方式弥补了IPMC用于致动器的缺点,为今后的发展开拓了前景。

基于CMWCNT/Nafion的增强型离子聚合物金属复合材料的制备及致动性能

离子聚合物金属复合材料(IPMC)是一种新型的电活性材料,具有体积小、质量轻、驱动电压低等优点,但驱动力小、稳定工作时间短等问题限制着其柔性致动性能。提出了一种基于银基IPMC的增强型致动器,通过在IPMC的基底聚合物中掺杂羧基化多壁碳纳米管(CMWCNT),来提高IPMC的整体机械性能和致动性能。其中,掺杂质量分数0.5%CMWCNT的IPMC的最大尖端位移和驱动力分别增加至未优化银基IPMC的1.60倍与2.32倍,该性能的提升归因于CMWCNT良好的导电性和羧基对水合阳离子迁移的加速作用。与未优化的银基IPMC相比,掺杂质量分数0.5%CMWCNT时IPMC驱动速率可提升至3.57倍。研究结果可为IPMC在各领域的应用发展提供参考。

水合作用与 pH 调控两性离子聚合物刷的相变行为

本文基于Flory-Huggins理论,建立理论模型研究水合作用与pH调控两性离子聚合物(ZP)刷的相变行为.理论模型考虑ZP的水合作用,以及ZP刷体系中的静电作用.研究发现,在不同pH条件下,ZP刷的体积分数随着水合作的减弱而的增加.随着pH的变化,ZP刷构象随着水合性转变行为明显改变,这是由于pH调控ZP链单体带有过多的净电荷(正电荷或负电荷),致使ZP链内出现静电排斥导致ZP刷溶胀.另外,当ZP链单体呈现过多的净电荷,会在很大程度上决定ZP刷体系静电势,影响ZP刷的相变行为.通过考察体系自由能,我们还发现,ZP刷体系自由能呈现了极大值,随着pH值的变化,自由能呈现的极大值随之改变,由此表明了体系的不稳定性,进而导致ZP刷体系发生相变.

两性离子聚合物接枝改性有机膜亲水性的研究进展

膜分离过程被普遍存在的膜污染问题所困扰。两性离子聚合物是在同一分子中含有阴离子和阳离子单元的代表性材料,由于其超亲水性、化学稳定性和优异的防污能力,在生物医学和分离材料等领域受到了广泛关注。将两性离子分类,综述了将两性离子材料结合到膜表面以提高膜抗污染性能的常见方法,包括引发剂引发、等离子体引发、紫外诱导引发等。最后对两性离子改性高分子膜未来的发展进行了简单的评价和展望。

一种具有“盐响应”特性的两性离子聚合物增黏降滤失剂

随着深层、超深层及非常规油气开采的不断深入,钻井过程中盐污染已成为水基钻井液在极端盐度和高温条件下面临的严峻挑战,盐污染会导致钻井液流变性和滤失性能的急速恶化。为避免上述问题发生,通过自由基聚合反应研发了一种具有“盐响应”特性的两性离子聚合物增黏降滤失剂(PAMN),并利用红外光谱分析(FT-IR)、核磁共振氢谱分析(1H-NMR)、热重分析(TGA)、分子模拟技术(MS)、扫描电镜(SEM)及钻井液流变和滤失分析等实验方法,表征了PAMN的分子结构、热稳定性及增黏降滤失性能,并揭示了PAMN的“盐响应”机理。研究结果表明:①合成的PAMN热降解温度高达285℃,PAMN分子链在饱和盐水中的均方位移、扩散系数及回转半径远大于其在纯水中,其回转半径分别为12.5Å和3.8Å;②当氯化钠含量为0时,PAMN分子链内或分子链间正负离子基团通过静电吸引力形成空间网络形态而卷曲成类球状结构,随着氯化钠含量增加,其分子链逐渐转变为溶解性更好的柔性链状结构,对氯化钠表现出正响应性;③PAMN可将饱和盐水钻井液表观黏度增加542.9%,滤失量从194 mL降低至4.8 mL,具有良好的增黏和降滤失性能。结论认为,PAMN的研发成功从根本上实现了传统钻井液处理剂从“抗盐”到“盐响应”的转变,该产品在含盐膏的深层、超深层油气开发工程中具有广阔的应用前景。

两性离子聚合物合成及盐敏机理研究

利用两性离子单体在高盐环境中分子链更舒展的特殊性能,即反聚电解质效应,设计合成一种两性离子聚合物。该聚合物以两性离子功能单体和丙烯酰胺(AM)合成,优选1,4-丁磺酸内酯与N-(3-二甲基丙基)甲基丙烯酰胺合成的甲基丙烯酰胺丙基-N,N-二甲基丁磺酸盐(NS-2)为功能单体。优化聚合物合成条件为:反应温度40℃,溶液pH值=7,引发剂质量分数为0.05%,单体占溶液总质量的40%,反应时间10 h,m(AM)∶m(NS-2)=9∶1。进而利用流变仪探究盐浓度对聚合物溶液黏弹性的影响,并用动态光散射法探究不同盐浓度和盐离子类型下分子形态和展布规律,结果表明随着盐浓度增加合成聚合物的黏弹模量和复合模量增大,分子链在高盐环境下呈现更舒展的形态和展布,流体力学半径增大,链内/链间的疏水缔合作用增强,分子链间相互缠绕出现大尺寸缔合峰,且盐离子特异性影响程度表现为Mg^(2+)>Ca^(2+)>Na^(+)。

阳离子聚合物携带HIF-1α基因传递对小鼠后肢缺血的影响

目的 研究阳离子聚合物(PC)携带缺氧诱导因子1α(HIF-1α)基因传递对C57BL/6小鼠后肢缺血模型血管再生的影响。方法 PC经静电作用结合HIF-1α为PC-HIF-1α,在人脐静脉血管内皮细胞(HUVECs)完成细胞转染实验,18只C57BL/6小鼠构建后肢缺血模型成功后,按随机数字表法分为PBS组、PC组和PC-HIF-1α组,每组6只。术后第1、3、5天,PBS组在小鼠左后肢腓肠肌肌肉注射100μL PBS,在同样的时间和部位,PC组肌肉注射100μL PC溶液,PC-HIF-1α组肌肉注射100μL PC-HIF-1α。7 d后,取小腿缺血侧腓肠肌,行血小板-内皮细胞黏附分子CD31免疫荧光染色。观察PC-HIF-1α粒径及HUVECs细胞对PC-HIF-1α的摄取情况以判断3组小鼠缺血后的血流恢复情况。结果 PC-HIF-1α粒径为150~200 nm;PCHIF-1α的细胞摄取效率较高,且依赖于细胞骨架。PC-HIF-1α组左后肢与右后肢的血流灌注比恢复到86.00%,而PBS组和PC组仅为50.17%和51.00%,与PBS和PC组相比,PC-HIF-1α组血流灌注比显著增加(P<0.01);在显微镜同一视野下,与PBS和PC组相比,PC-HIF-1α组血管数量显著增加(P<0.01),且缺血区域纤维母细胞增生。结论 PC-HIF-1α治疗可以促进缺血肢体侧支循环的建立。

两性离子聚合物降黏剂的制备与性能评价

为降低制备两性离子聚合物降黏剂时常用链转移剂的危害,以丙烯酸(AA)、2-丙烯酰氨-2-甲基丙磺酸(AMPS)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)为单体,基于水溶液爆聚法工艺,采用绿色环保的二硫化四甲基秋兰姆(TMTD)代替常用巯基化合物链转移剂,合成了低分子量两性离子聚合物钻井液用降黏剂。以在室温下的降黏率为考核指标,优化了降黏剂的制备条件,并评价了其降黏性能。结果表明,降黏剂的最优合成条件为:TMTD加量0.75%、氧化-还原引发剂加量占单体总质量的3%、NaOH加量为AA与AMPS总物质的量的50%、AA加量为44%、AMPS加量为5.5%、DMC加量为4.5%。在此条件下,制备的两性离子聚合物降黏剂的数均分子量为914 g/mol,其在淡水基浆中的降黏率为91.53%,且具有良好的抗温性能,可以满足180℃的抗温要求。该制备方法降低了低分子量两性离子降黏剂合成工艺对环境的污染。

抗菌阳离子聚合物的研究进展

两亲性阳离子聚合物在抗细菌感染,尤其是抵抗细菌耐药、突破细菌生物膜障碍中发挥着重要作用。为了进一步增加阳离子聚合物与细菌等病原体的相互作用,在提高杀菌效率的同时提高生物相容性,研究者们设计与制备了一系列具有优良性能的阳离子聚合物。本文综述了近年来新型阳离子聚合物的设计、制备及其在抗病原体方面的应用,讨论了不同阳离子聚合物的作用机理与特点,并对该领域所面临的挑战进行了展望。

接枝-游离态两性离子聚合物刷的制备及润滑特性研究

人工关节中常用高交联聚乙烯(HXLPE)髋臼杯和陶瓷关节头组成摩擦副.为改善表面间润滑性能,采用紫外光诱导接枝法在HXLPE表面制备接枝态聚(2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱)两性离子聚合物刷(PMPC),PMPC溶液作为润滑剂,使摩擦界面存在游离态PMPC,研究接枝-游离态PMPC协同作用对摩擦副润滑特性的影响.进一步为了模拟人体组织液中金属离子的影响,研究了Na^(+)、Ca^(2+)和Al^(3+)对人工关节摩擦副表面间PMPC润滑特性的影响规律.结果表明:在3 N载荷下,人工关节摩擦副表面间仅用接枝态PMPC进行润滑时,摩擦系数为0.158,且波动频繁,当接枝-游离态PMPC协同作用于摩擦副表面时,摩擦系数降低为0.072,且在120 min试验时长内保持稳定.在载荷为2 N时,接枝-游离态PMPC协同作用时的摩擦系数为0.046,当润滑剂中添加低价金属离子Na^(+)与Ca^(2+)时,摩擦系数略微增加,而添加高价金属离子Al^(3+)时,致PMPC各分子间吸引力增大而破坏其原有水合层均匀性,使得摩擦系数增至0.118,为无金属离子干扰接枝-游离态PMPC协同作用时的2.5倍.

包载荧光共轭聚合物的阳离子聚合物纳米微球的合成及协同抗菌效果研究

由于耐药菌感染问题的日益严重,寻求新的抗菌策略,发展更为有效的抗菌材料成为人们迫切需要解决的重要任务。本工作提供了一种结合阳离子和光动力抗菌机理的协同抗菌新方式,以N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)为单体,通过微乳液聚合的方法制备了包载有荧光共轭聚合物(FCP)的阳离子荧光纳米微球,分析了微球的组成、粒径分布以及微观形貌等,并检测了其产生单线态氧的能力。对大肠杆菌(E.coli)、金黄色葡萄球菌(S.aureus)和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)的抗菌实验结果表明:在微球质量浓度较高(≥0.05 mg/mL)时以阳离子抗菌机理为主导,在质量浓度较低(≤0.01 mg/mL)时,光动力抗菌机理能够有效提高微球的抗菌能力;m(NIPAM)∶m(DMC)=1∶3的微球在质量浓度为0.01 mg/mL时,经过30 min光照培养后对E.coli和S.aureus的协同灭菌率均能达到95%以上;而m(NIPAM)∶m(DMC)=1∶1的微球在质量浓度为0.05 mg/mL时对MRSA的协同灭菌率最高。与人类细胞共培养实验表明该纳米微球在质量浓度低于0.1 mg/mL时具有良好的生物相容性。因此,该荧光纳米微球能有效结合阳离子和光动力抗菌功能,发挥优良的抗菌能力,有望为耐药菌感染问题的解决提供支持。

离子聚合物-金属复合材料(IPMC)柔性电极的研究进展

离子聚合物-金属复合材料(IPMC)是一种电活性的智能软材料,由离子交换薄膜及其上下表面的柔性电极组成,其中柔性电极的优异性能对于提升IPMC的驱动和传感性能至关重要。目前专门针对IPMC传感的电极研究相对较少,而适用于IPMC驱动的电极一般也满足其传感的电极要求,因此本文从IPMC柔性电极的材料筛选、制备和柔性电极对驱动性能的提升策略方面综述了IPMC柔性电极的国内外研究进展。首先,简单概述了IPMC智能软材料的组成及其驱动、传感机理;其次,归纳整理了IPMC电极材料的种类和各类电极材料面临的问题,如金属电极易疲劳开裂且比电容较低的问题,导电聚合物电极的电导率较低等问题;最后,重点综述了改性柔性电极在提升IPMC驱动性能方面的研究进展并展望了其发展趋势,理想的IPMC柔性电极应兼具较高的电导率、较大的比电容和优异的稳定性特点,以期为IPMC智能软材料的开发和应用提供参考。

磁性离子聚合物萃取剂的制备及其萃取La^(3+)试验研究

以1-乙烯基咪唑(VIM)和氯丙基修饰的磁性纳米颗粒为原料,研究了通过共聚反应法制备新型磁性离子聚合物萃取剂(P507@PVIM@Fe_(3)O_(4))并用于从稀土料液中萃取La^(3+)。考察了P507掺杂量(V(P507)/m(Fe_(3)O_(4)))、水相初始pH、萃取剂用量、萃取时间和温度对La^(3+)萃取率的影响。结果表明:在P507@PVIM@Fe_(3)O_(4)萃取剂用量0.5 g、温度25℃、萃取时间15 min、水相初始pH=2.5、V(P507)/m(Fe_(3)O_(4))=3.0 mL/1 g最佳条件下,La^(3+)萃取率达91.3%,萃取效果较好。

季铵型多孔超交联离子聚合物催化二氧化碳环加成合成环状碳酸酯

以双(三苯基膦)氯化铵为单体,通过傅-克烷基化反应制备一种季铵型多孔超交联离子聚合物(QA-PHIP)。采用傅里叶变换红外光谱、扫描电镜和N 2吸附-脱附等对QA-PHIP进行表征。结果表明,QA-PHIP的比表面积为903.7 m^(2)·g^(-1),在0.1 MPa和0℃条件下CO_(2)的吸附量为52.1 cm^(3)·g^(-1)。将QA-PHIP应用于催化CO_(2)与环氧化物合成环状碳酸酯的反应,考察反应温度和催化剂用量等因素对催化性能的影响。QA-PHIP表现出良好的催化性能,在120℃和1.0 MPa条件下反应12 h,可获得99.6%的环氧氯丙烷转化率和97.3%的氯甲基二氧杂戊环酮收率。QA-PHIP表现出良好的底物扩展性和重复使用性。

用于高温高盐油田的非离子聚合物弱凝胶调驱体系

介绍了适用于较高温度及较高矿化度油田地层调剖 (驱 )需要的非离子聚合物PMN/BW弱凝胶类调驱体系。对PMN/BW弱凝胶类调驱体系的成胶性、粘度变化曲线、抗盐性及凝胶成胶后的热稳定性、成胶前后的抗剪切性等性能进行了室内评价试验 ,并在华北油田高 30 - 4 9高温注水井 (114℃ )进行了现场应用 ,结果表明 :通过调驱处理措施 ,不仅使该井的压力剖面得以调整 ,使主力吸水层得到控制 ,潜力层得到充分启动 ,而且整个井组也取得了明显的增油效果 ,8个月内累计增油 14 6 2t。

阴、阳离子聚合物交替注入用于注聚区封窜和调剖

胜利孤岛油田注聚区块过早见聚,为封堵聚合物从油井窜流产出和调整注聚剖面,研制出阳离子调剖剂NCP.室内试验结果表明,向用1000mg/L的HPAM驱油后的岩心中注入1.5×104～3.0×104mg/L的NCP1.0PV,在70℃恒温24h后的堵油率大于96%,突破压力梯度2.6～3.3MPa/m.注入2.0×104mg/L NCP溶液的岩心,连续注入50PV含800mg/LHPAM的地层水,水相渗透率持续下降;在岩心试验中,堵水率随NCP浓度的增大而增大.结果表明:NCP可用于注聚区块调整注聚剖面,在孤岛注聚区进行的5井次封窜试验中,3口井收到良好效果.

聚合物驱后期阳离子聚合物堵聚可行性研究

室内实验结果表明 ,阳离子聚合物与阴离子聚合物 (部分水解聚丙烯酰胺 )发生反应可产生稳定的絮状沉淀 ,完全反应时阳、阴离子聚合物的质量比为 30∶1;当絮状沉淀的浓度较高时 ,它具有很好的携砂能力 ,絮状沉淀可使岩心的渗透率降低 88%以上 ,且具有良好的抗冲刷能力。矿场试验表明 ,采用此种阳离子聚合物对产出液中阴离子聚合物浓度高的油井进行封堵 ,具有明显的增油、降水效果。

阴、阳离子聚合物交替注入实验及调剖效果评价

从大庆油田非均质油层调剖实际需要出发， 通过阴、阳离子聚合物在天然岩心上静、动吸附量， 阻力系数和残余阻力系数等参数的测定， 对阴、阳离子聚合物的吸附能力， 阻力系数和残余阻力系数大小作出了评价。在此基础上， 确定大庆油田阳离子聚合物达到饱和吸附时的最低浓度约为２ ０００ｍｇ／Ｌ， 并在非均质岩心上进行了调剖效果评价， 其实验结果为油田实施阴、阳离子聚合物交替注入调剖技术提供了依据。

阳离子聚合物聚环氧氯丙烷二甲胺/膨润土纳米复合材料的制备与性能

以阳离子聚合物聚环氧氯丙烷二甲胺(EPI-DMA)为纳米复合材料插层剂,对膨润土进行改性,系统考察了聚环氧氯丙烷二甲胺在膨润土纳米层间插层过程中反应体系的聚合物用量、反应时间、温度、pH值等工艺条件对插层效果的影响,并通过比表面积测定、Zeta电位测定、X射线衍射和透射电镜分析,对插层复合材料的结构和性能进行了研究,在此基础上初步探讨了其脱色性能.结果表明,最佳制备工艺为EPI-DMA的加入浓度7.0%,反应时间2.0h,温度75℃,体系pH值7.0.经聚环氧氯丙烷二甲胺插层复合后的膨润土比表面积增大,表面电性由负值变为正值,层间距、层间缔合结构和聚集程度增加,对红色染料废水具有较强的脱色效果.

阴离子聚合物制备及其在湿敏元件方面的应用

通过自由基溶液聚合制得丙烯酸（ＡＡ）－丙烯酸丁酯（ＢＡ共聚物（Ｐ（Ａ—ＢＡ）），利用ＬＩＯＨ溶液中和制得中和度为的％的阴离子聚合物（Ｐ（Ａ—ＢＡ—Ｌｉ））。用此离聚物为主要湿敏材料制作出具有良好耐水性的湿敏元件。当相对湿度（ＲＨ）大于４０％时，该元件阻抗的对数与相对湿度成线性关系；ＲＨ由４３％提高到９７％时，元件阻抗的变化值达３个数量级，吸湿响应时间≤１０秒。