智能窗口用热响应聚(N-异丙基丙烯酰胺)水凝胶的研究进展

本文综述了智能窗口用热响应聚(N-异丙基丙烯酰胺)水凝胶的热响应机理,介绍了该水凝胶材料的制备方法及相关的性能,阐述了影响PTC效应的主要因素及提高其稳定性的方法,展望了智能窗口用热响应聚(N-异丙基丙烯酰胺)水凝胶未来的研究方向和发展前景。

聚N-异丙基丙烯酰胺/聚丙烯酸水凝胶的制备及性能研究

当外界环境发生变化时,环境敏感型水凝胶的物理性质或化学性质会随之发生改变,大部分水凝胶对环境的响应比较单一。以丙烯酸(AA)和N-异丙基丙烯酰胺(NIPAm)为原料制备的聚N-异丙基丙烯酰胺/聚丙烯酸水凝胶既可以对温度变化也可以对pH值变化做出响应。实验采用一锅法制备了聚N-异丙基丙烯酰胺/聚丙烯酸水凝胶,通过调节丙烯酸的中和度、丙烯酸(AA)和N-异丙基丙烯酰胺(NIPAm)两种单体的配比、交联剂N,N′-亚甲基双丙烯酰(BIS)和引发剂过硫酸钾(KPS)的用量,研究其对水凝胶的吸水性能、拉伸性能的影响,并考察了所制备的聚N-异丙基丙烯酰胺/聚丙烯酸水凝胶对温度及pH响应性能。实验结果表明:当丙烯酸的中和度为125%、n(NIPAm)∶n(AA)=0.3∶1、BIS的质量分数为0.5%、KPS的质量分数为1%时,制备的水凝胶溶胀率最大且有一定的弹性,室温下吸水率达179.73 g/g。该水凝胶在酸性缓冲溶液(pH值=3)中收缩,当缓冲溶液的pH值大于3,水凝胶发生溶胀,具有灵敏可逆的pH响应性能,同时该水凝胶兼具热缩温敏性能。

聚(N-异丙基丙烯酰胺-共聚-烯丙基硫脲)智能微凝胶的制备及其Hg^(2+)响应性能的研究

以N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)和烯丙基硫脲(ATU)为共聚单体,N,N'-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂,2,2′-偶氮二(2-甲基丙基咪)二盐酸盐(V50)为引发剂,通过沉淀聚合法制备了一种可用于Hg^(2+)检测与去除的聚(N-异丙基丙烯酰胺-共聚-烯丙基硫脲)(PNA)智能微凝胶。利用傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、X射线光电子能谱仪(XPS)和扫描电镜(SEM)对微凝胶进行了化学成分和形貌表征。利用动态光散射纳米粒度分析仪(DLS)对微凝胶的粒径分布及温度响应性进行了研究。探究了干扰离子、pH和温度对微凝胶Hg^(2+)响应性能的影响。利用原子吸收光谱仪(AAS)探究了PNA微凝胶对Hg^(2+)的吸附去除效果。结果显示,PNA微凝胶具有良好的温敏性以及对Hg^(2+)的特异响应性,响应Hg^(2+)后引起的收缩比(RD)随着ATU单体比例的增加而减小,并确定了最佳检测温度为30℃。随着Hg^(2+)浓度的增加,RD值逐渐减小,根据Hg^(2+)浓度与RD之间的对应关系拟合出相应的Hg^(2+)浓度计算公式。该PNA微凝胶最低检测浓度可达10^(-8)mol·L^(-1)。在吸附实验中,PNA微凝胶的吸附容量随着Hg^(2+)浓度的增加而增加,对10^(-4)mol·L^(-1)以下的Hg^(2+)溶液,吸附率可达80%以上,最低可使Hg^(2+)浓度降至0.0005 mg·L^(-1)。相比Zn^(2+)、Cd^(2+)和Pb^(2+),微凝胶对Hg^(2+)的吸附率是其他金属离子的7倍左右。研究结果为有害金属Hg^(2+)的检测和去除提供了新方法。

偶氮苯基小分子光控聚N-异丙基丙烯酰胺在离子液体中的自组装

偶氮苯基材料因其具有可逆的光致顺反异构特性,可调控聚合物的自组装行为而受到广泛关注。采用不同结构且广泛商业化的偶氮苯基小分子(偶氮苯(AZO)、对羟基偶氮苯(AZO-OH)、对氨基偶氮苯(AZO-NH2)、二甲基黄[AZO-N(CH_(3))_(2)])作为光分子开关,控制聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAm)在1-乙基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰基)亚胺([C2mim][NTf_(2)])离子液体中的自组装行为,探讨不同偶氮苯基末端基元对于PNIPAm自组装相行为的影响。结果表明,偶氮苯基小分子均能有效调控PNIPAm在[C2mim][NTf_(2)]离子液体中的相变响应行为,但不同的末端基元对于PNIPAm的相变温度及相变区间影响甚微。结合原位变温红外谱图分析可知,紫外光照强化了PNIPAm与离子液体之间的相互作用,从而抑制了PNIPAm侧链间的相互聚集,这将促进紫外光照条件下“溶剂化”效应的发生,可获得更低的相变温度。

聚氮异丙基丙烯酰胺抗菌水凝胶复合棉织物的制备及其性能

为扩大含银抗菌水凝胶的应用和实现缓释抗菌,采用水凝胶复合织物的构建策略,将化学交联与紫外光引发相结合,通过聚氮异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)/载银氧化石墨烯(GO-Ag)抗菌水凝胶复合棉织物,形成新型水凝胶复合织物一体化敷料,并探讨不同层数棉织物复合水凝胶对敷料结构与抗菌性能、拉伸性能以及生物安全性等的影响。结果表明:PNIPAM/GO-Ag抗菌水凝胶与3层棉织物构筑的一体化敷料的综合性能优异;在湿态下,一体化敷料比单一棉织物的断裂强力提升73.7%,达到370 N;敷料的体外细胞毒性呈0级,溶血率小于5%,显示出良好的生物安全性;其对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率均达到98%以上,在24 h内具有缓慢释放银离子的效果;抗菌作用主要通过持续释放银离子、诱导细菌产生活性氧造成其氧化损伤等多种作用,从而破坏细菌细胞结构。

基于温敏性N,N-二甲基丙烯酰胺/N-异丙基丙烯酰胺无规共聚物的毛细管无胶电泳筛分介质

本文合成了N,N-二甲基丙烯酰胺/N-异丙基丙烯酰胺无规共聚物(P(DMA-co-NIPAM))和聚N,N-二甲基丙烯酰胺(PDMA),并将二者共混制备毛细管无胶电泳筛分介质,旨在降低筛分介质粘度的同时增强其对DNA的分离性能。核磁共振氢谱(1H NMR)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)证明了2种聚合物的成功合成。表征了P(DMA-co-NIPAM)/PDMA共混物溶液的流体力学直径(Dh)、低剪切粘度和吸光度,结果表明,P(DMAco-NIPAM)聚合物具有温敏性,低临界溶解温度(LCST)为60~80℃。DNA筛分结果显示,PDMA中添加了10%P(DMA-co-NIPAM)的复合筛分介质性能最好,相比PDMA粘度降低19%以上,对大DNA片段的分辨率和理论塔板数均明显提高,分离时间缩短4%,显示了优良的分离性能。

海藻酸钙-聚(N-异丙基丙烯酰胺)交联互穿网络水凝胶的制备与性能

为了解决两步法制备常规温敏型复合水凝胶时胶凝速率难以控制、表面凝胶快且致密、交联结构不均匀影响水凝胶溶胀性能和力学性能等问题,选用N-异丙基丙烯酰胺单体(NIPAm)和海藻酸钠(Alg)为主要材料,使用CaCO_(3)和D-葡萄糖酸内酯(GDL)生成的CaCO_(3)-GDL体系作为钙源为Alg提供离子交联剂,通过一步法制备海藻酸钙-聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAm)交联互穿网络结构温敏型水凝胶(PAGel)。通过傅里叶红外光谱仪(FTIR)、扫描电镜(SEM)、流变仪和差示扫描量热仪(DSC)对水凝胶的结构、形貌和体积相转变温度(VPTT)进行表征,探讨不同NIPAm单体和交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)含量对水凝胶溶胀性能和温敏收缩性能的影响。结果表明:综合各种性能筛选出的PAGel的VPTT均在32℃附近,CaCO_(3)-GDL缓释体系下的水凝胶结构呈现网络均匀而致密的蜂窝状结构,力学性能优良,其溶胀质量比、VPTT和温敏收缩率分别为29.1、33.1℃和35.37%,该结构特性可减少化学药物的负载与释放,同时利用体积收缩的物理方法促进创面周围的皮肤组织收缩,为创造低毒性愈合微环境和加快伤口愈合提供可能性。

交联剂和温度对聚(N-异丙基丙烯酰胺)水凝胶热致行为的影响

聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)具有良好的两亲性,是一种热响应型水凝胶。系统考察了交联剂用量和反应温度对PNIPAM水凝胶热致行为的影响。研究发现,两个因素对PNIPAM水凝胶的低临界溶液温度(LCST)影响不大,但对其外观形态、溶胀率以及收缩和溶胀动力学有较大影响。动力学结果表明,PNIPAM水凝胶的收缩和溶胀是一个多步复杂的过程,相对于低温(4℃)和高温(45℃)下的反应,25℃下交联剂用量大于6 phr时可获得性能较稳定、热致行为近似一致的PNIPAM水凝胶。稳定的热响应性能使其在智能材料、智能机器人、控制药物释放等方面具有巨大的应用潜力。

粘土对N-异丙基丙烯酰胺和丙烯酸叔丁酯共聚形成微凝胶的影响

以无机粘土(锂蒙脱石)作为物理交联剂,在不加任何乳化剂的条件下,通过无皂乳液聚合制备了一系列粒径在250nm左右且具有温敏性的N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)和丙烯酸叔丁酯(tBA)共聚微凝胶,并通过傅立叶变换红外光谱、扫描电镜、准静态光散射、X射线衍射仪和差示扫描量热法对所合成微凝胶的化学结构、表面形态和温度敏感性进行了表征.研究表明,粘土起到交联剂的作用;tBA的引入可以调节微凝胶的体积相转变温度;所制得的粘土交联微凝胶具有较好的粒径分布且粒径在140nm至350nm之间.

纳米聚N-异丙基丙烯酰胺微凝胶的光引发聚合

选择具有温敏性的高分子单体N -异丙基丙烯酰胺 (N -isopropylacrylamide ,NIPAM )为主单体 ,N ,N’ -亚甲基双丙烯酰胺 (methylenebisacrylamide,MBA)为交联剂 ,运用光引发无皂乳液聚合的方法合成出粒径小于 10 0nm的高分子微凝胶 ,并研究了在改变体系组成和条件时微凝胶粒径的变化。结果显示 ,在乳化剂临界胶束浓度以下 ,随着乳化剂浓度的提高 ,微凝胶粒子的粒径不断减小且趋向稳定 ;相比于热引发 。

N-异丙基丙烯酰胺与丙烯酸叔丁酯共聚微凝胶的温敏性

以一定量的N-异丙基丙烯酰胺(N IPAM)为主单体,以亚甲基双丙烯酰胺(M BA)为交联剂,使用丙烯酸叔丁酯(tBA)为共聚单体,通过改进的无皂乳液聚合方法制备了具有温敏性的P(N IPAM-co-tBA)微凝胶。傅立叶变换红外光谱分析结果证实了微凝胶的化学结构,扫描电镜观察表明该微凝胶为单分散性良好的球形形状。P(N IPAM-co-tBA)微凝胶的体积相转变温度在较宽的范围内可由共聚单体tBA的用量进行调节,但随着tBA用量的增加,微凝胶的温敏性逐渐下降。由于tBA共聚单元增加了聚合物链的疏水性,因此P(N IPAM-co-tBA)微凝胶的溶胀比随着凝胶网络中tBA单元含量的增加而下降。

聚N-异丙基丙烯酰胺微凝胶的合成和应用进展

介绍了聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)微凝胶的合成方法和环境响应性能,重点论述了PNIPAM微凝胶作为先进功能材料的最新进展。作为"智能"材料,PNIPAM微凝胶在不同领域具有广泛的应用,论述了PNIPAM微凝胶在作为微反应器模板合成纳米粒子、光学材料以及药物的定向释放和控制释放载体中的应用。

含功能性羟基的温敏性聚(N-异丙基丙烯酰胺)微凝胶的制备及性能研究

采用两步合成路线合成了二缩三乙二醇单甲基丙烯酸酯 (TREGMA) ,并对其结构进行了表征 ;利用无皂乳液聚合法使N 异丙基丙烯酰胺 (NIPAM)、TREGMA和N ,N 亚甲基双丙烯酰胺 (BA)交联共聚 ,制备了含有功能性羟基的温敏性微凝胶 .微凝胶的去溶胀性能研究表明 ,TREGMA的引入使得微凝胶的体积相转变温度得到提高 ,同时所制得微凝胶具有较好的温敏性 .该类微凝胶有望成为良好的生物医用材料 .

体积相转变温度可调的温敏性N-异丙基丙烯酰胺共聚物微凝胶的制备与性能研究

选用甲基丙烯酸异丙酯(iPMA)与N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)共聚,制备了一系列疏水改性、相转变温度可调的温敏性P(NIPAM-co-iPMA)微凝胶.利用透射电子显微技术(TEM)、浊度法、动态光散射(DLS)技术及示差扫描量热(DSC)技术对所得微凝胶的形态及去溶胀行为进行了表征.TEM与DLS结果表明,所制备的微凝胶具有规则的球型形态.浊度、DLS及DSC结果表明,疏水性单体iPMA的引入能有效调节共聚物微凝胶的相转变温度;在所考察的范围内,微凝胶的相转变温度随iPMA投料比的增加几乎呈线性降低.

侧链含不同功能性羟基的温敏性N-异丙基丙烯酰胺共聚物微凝胶的制备及性能比较

选择含有活性羟基的亲水单体多缩乙二醇单甲基丙烯酸酯(PEGMA)、甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA),分别和N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)交联共聚,制备了侧链含有功能性羟基、链长不同的温敏性微凝胶.研究发现,亲水单体HEMA和PEGMA的引入对微凝胶的去溶胀性能有不同的影响,PEGMA的引入使得微凝胶的体积相转变温度升高,微凝胶的去溶胀比随着PEGMA投料比的增加而降低.而HEMA的引入使得微凝胶的体积相转变温度降低;微凝胶的去溶胀比随着HEMA投料比的增加先是增加然后降低,当HEMA的投料比为8mol%时,去溶胀比达到最大.

AFM在N-异丙基丙烯酰胺-丙烯酸共聚物微凝胶粒子性能研究中的应用

通过无皂乳液聚合得到不同丙烯酸(AAc)含量的交联N-异丙基丙烯酰胺-丙烯酸共聚物(P(NI-PAM-co-AAc))微凝胶,利用原子力显微镜(AFM)对其形态和环境敏感性进行了分析。结果发现,该凝胶粒子大小均一,直径约800nm;当环境温度由15℃升至50℃时,粒子的体积缩小,这表明P(NIPAM-co-AAc)微凝胶具有温度敏感性。

相转变温度范围窄的聚(N-异丙基丙烯酰胺)温敏性微凝胶

采用间歇式、半间歇式和连续式无皂乳液聚合(SFEP)法合成温敏性聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)微凝胶。连续式或半间歇式SFEP法合成的PNIPAM微凝胶相转变温度范围明显地比间歇式SFEP法合成的窄,其中又以连续式SFEP法的效果最明显。相同交联剂用量的情况下,连续式SFEP法合成的PNIPAM微凝胶的粒径和溶胀比最大,而间歇式SFEP法合成的最小。通过研究微凝胶合成过程中溶胀比随反应时间的变化关系,证明了连续式或半间歇式SFEP法合成的PNIPAM微凝胶具有比较均匀的内部交联结构。

pH及温度敏感性N-异丙基丙烯酰胺-丙烯酸共聚微凝胶的制备与表征(英文)

通过无皂乳液聚合得到了N-异丙基丙烯酰胺和丙烯酸的无规共聚物微凝胶,用电导仪测定了该微凝胶的表面羧基含量,用分光光度计测定了水凝胶溶液透光率在不同pH值和温度条件下的变化。结果表明,该微凝胶表面羧基含量随着聚合反应中丙烯酸质量分数的增加而增大;微凝胶表面羧基含量直接影响微凝胶的环境敏感性。

聚(N-异丙基丙烯酰胺)微凝胶的研究进展

从制备方法、结构性能以及应用等方面综述了近年有关聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)微凝胶的研究进展,并对聚(N-异丙基丙烯酰胺)微凝胶未来的发展趋势及应用前景进行了展望。

聚N-异丙基丙烯酰胺-丙烯酸共聚微凝胶对水溶液中Ni(Ⅱ)的吸附性能

以聚N-异丙基丙烯酰胺-丙烯酸共聚微凝胶(PNIPA-co-AA)为吸附剂,采用静态批试法研究了Ni(Ⅱ)在共聚微凝胶上的吸附行为。探讨了震荡时间、固液比、pH值、离子强度及温度等因素对吸附结果的影响,测定了共聚微凝胶在不同温度下对Ni(Ⅱ)的吸附等温线。结果表明:固液比、pH值和离子强度均对吸附过程有明显影响;吸附过程在30min内即可达到平衡;Langmiur方程能够很好的拟合吸附等温线。热力学参数(ΔH、ΔS和ΔG)表明,此吸附过程是一个自发、吸热的过程。吸附能力在经过7次的吸附-解吸附过程后没有明显的下降。离子交换是此吸附过程的主要机理。