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。

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。

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。

海藻酸钠和聚N-异丙基丙烯酰胺半互穿网络水凝胶的溶胀动力学研究

以海藻酸钠 (SA)和N 异丙基丙烯酰胺 (NIPAM)为原料 ,制备出具有温度敏感性的半互穿网络水凝胶 (SA PNIPAMsemi IPN) .主要研究了海藻酸钠用量、水介质温度及pH值对该凝胶溶胀速率的影响 .结果表明 ,在PNIPAM最低临界溶解温度 (LCST)以下 ,该凝胶的溶胀速率随着凝胶网络中SA组分的增加而增大 ,且溶胀速率取决于高分子链的松弛速率 ;pH对凝胶溶胀速率的影响与温度有关 ,温度对溶胀速率的影响与pH有关 .

PEG作为成孔剂对聚(N-异丙基丙烯酰胺-co-丙烯酸)水凝胶性能的影响

以PEG400,1000,6000为成孔剂,合成了一系列聚(N-异丙基丙烯酰胺co丙烯酸)水凝胶,研究了成孔剂分子量和数量对凝胶性能的影响.结果表明,聚乙二醇(PEG)分子充当成孔剂,不参与反应.PEG分子量越大,投料越多,所得凝胶孔的孔径越大,孔数目越多,在室温时可以容纳更多的水分子,因而溶胀率也越大.凝胶的大孔结构有利于水分子的进出,所以响应速率比普通共聚凝胶快.随着PEG分子量增大,孔数目增多,响应速率相应变快.

纳米TiO_2/聚N-异丙基丙烯酰胺复合水凝胶的合成及其表征

通过利用偶联剂和超声分散将TiO2表面功能化,在其表面引入烯键,与聚N-异丙基丙烯酰胺在交联剂存在下共聚,制备了不同纳米TiO2含量的聚N-异丙基丙烯酰胺复合水凝胶.采用红外光谱、扫描电镜、紫外光谱、热重分析、动态粘弹谱仪等表征了复合水凝胶的微观结构和形貌,测试了复合凝胶材料对紫外线的吸收、热稳定性、机械强度及其韧性.结果表明:纳米TiO2粒子的引入,使得复合凝胶材料对紫外线吸收效果显著,凝胶的稳定性、机械强度及韧性得到明显改善.

壳聚糖与N-异丙基丙烯酰胺接枝共聚凝胶的辐射合成及性能研究

采用γ辐射技术引发壳聚糖与N异丙基丙烯酰胺进行接枝共聚,制备了温度及pH敏感水凝胶.研究了单体浓度、辐射剂量等对接枝率和接枝效率的影响,并用13CCPMASNMR和TG表征了接枝物的结构.研究结果表明,用γ射线引发壳聚糖接枝异丙基丙烯酰胺具有较高的接枝率和接枝效率,接枝的聚合物具有明显的温度及pH敏感的特点.

聚(N-异丙基丙烯酰胺)/聚丙烯酰胺无机/有机互穿网络水凝胶的制备及表征

通过紫外引发聚合方法制备了无机交联的聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAAm)/有机交联的聚丙烯酰胺(PAAm)互穿网络(IPN)水凝胶.利用FTIR和SEM分别表征了凝胶的化学结构和内部形态;测定了凝胶在高温(50℃)时的退溶胀性能;利用DMA和DSC分别研究了凝胶的储能模量随温度的变化及热相转变行为.研究表明,该IPN凝胶具有温度敏感性;与未互穿的无机交联PNIPAAm凝胶相比,IPN凝胶具有多孔的网络结构和超快的响应速率,如10min内失去90%的水;其储能模量增加了3～4倍,相转变行为变弱,而最低临界溶解温度(LCST)提高了1.4℃.

快速响应的温敏性聚(N-异丙基丙烯酰胺)水凝胶 Ⅱ.热力学行为及水的状态研究

对使用CaCO3为成孔剂合成的快速响应的温敏性聚 (N 异丙基丙烯酰胺 ) (PNIPA)水凝胶进行了热力学行为和水的状态研究 .热力学研究表明 ,多孔结构的PNIPA水凝胶的平衡膨胀比随着反应物中CaCO3含量的增加而增加 ,随着交联剂浓度的增加而显著减小 ,但相转变温度均不受影响 .在水溶液中加入NaCl则使PNIPA水凝胶的相转变温度 (LCST)线性减小 .利用DSC分析了水凝胶中水的存在状态 ,证明了上述多孔PNIPA水凝胶中存在三种不同状态的水 。

聚N-异丙基丙烯酰胺/纳米SiO_2复合水凝胶的合成及溶胀性能

通过纳米SiO2的表面功能化,在其表面引入乙烯基功能基团,在H2OTHF的混合溶剂中,超声分散后,交联剂N,N′亚甲基双丙烯酰胺存在时,于25℃下使其与N异丙基丙烯酰胺共聚,制得聚N异丙基丙烯酰胺纳米SiO2复合水凝胶,并用FTIR和SEM对产物进行了表征.研究了凝胶的溶胀动力学,消溶胀动力学和温度敏感性.实验结果表明,纳米SiO2的引入,改善了聚N异丙基丙烯酰胺水凝胶在低温时的溶胀性能和在高温时对水的释放性能,并讨论了引起这些性能改变的原因.

腐植酸钠/聚N-异丙基丙烯酰胺水凝胶的合成及脱色性能研究

以过硫酸铵为引发剂、N,N′-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂、N-异丙基丙烯酰胺单体和腐植酸钠为原料,用溶液聚合交联法合成了温敏腐植酸钠/聚N-异丙基丙烯酰胺(SH/PNIPA)系列水凝胶。用红外光谱分析仪对其内部相互作用进行了研究,并用紫外可见分光光度计对水凝胶吸附-解吸亚甲基蓝的性能进行了测试。实验结果表明凝胶中SH与PNIPA形成了氢键;凝胶对亚甲基蓝(MB)的吸附和解吸能力受腐植酸钠的含量、亚甲基蓝的起始浓度和温度的影响;每克干的SH0.03凝胶最大可吸附亚甲基蓝10.8 mg。

海藻酸钠/聚(N-异丙基丙烯酰胺)半互穿网络水凝胶的制备及性能研究

由海藻酸钠(SA)和聚(N 异丙基丙烯酰胺)(PNIPAAm)制得的半互穿网络水凝胶具有温度及pH敏感特性。在酸性(pH=1.3)和弱碱性条件(pH=7.4)下,研究了温度对该凝胶溶胀度的影响,结果表明,该凝胶溶胀度均随着温度的提高而下降,但在pH=1.3时,溶胀度小于PNIPAAm水凝胶的;在pH=7.4时,结果正好相反。在25℃和37℃的条件下,分别考察pH对该凝胶溶胀度的影响,结果表明,在25℃时该凝胶有良好的pH敏感性,而在37℃时,敏感性不明显。同时也发现该凝胶对pH、温度的脉冲刺激有较快的响应性。

聚丙烯酸/聚(N-异丙基丙烯酰胺)互穿网络水凝胶的制备及其性能

采用分步法制备了聚丙烯酸/聚N-异丙基丙烯酰胺互穿网络水凝胶,研究了该互穿水凝胶在不同温度和酸性条件下的溶胀性能。结果表明,该互穿水凝胶在pH=2的酸性条件下的吸水率为18 g/g,而在pH=10的碱性条件下吸水率达38 g/g,体现出明显地pH敏感性能;同时,该互穿水凝胶兼具热缩温敏性能。

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 .

丝素蛋白纤维/聚N-异丙基丙烯酰胺复合水凝胶的性能

以丝素蛋白纤维为填充材料,采用自由基聚合的方法制备复合聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPPAm)水凝胶,研究复合水凝胶的黏弹性能、溶胀性能和反复溶胀-收缩性能。结果表明:丝素蛋白纤维的加入改善了复合水凝胶的力学性能,其平衡溶胀率不仅与温度有关,而且与丝素蛋白纤维的含量有关。此外,处在表面的丝素蛋白纤维与水凝胶之间存在间隙,在反复溶胀-收缩过程中可以作为输水通道,有利于水分子进出,提高了PNIPPAm水凝胶对温度的响应速率并使其溶胀-收缩重复性更好。

羧甲基纤维素钠/聚(N-异丙基丙烯酰胺)半互穿网络水凝胶的制备及溶胀性能

制备了具有温度、pH双重敏感特性的羧甲基纤维素钠/聚(N-异丙基丙烯酰胺)的半互穿网络水凝胶(CM C/PN IPAAm sem i-IPN)。研究了温度、pH对该凝胶溶胀度的影响。结果表明,在酸性(pH=1.0)和弱碱性(pH=7.4)条件下,sem i-IPN凝胶溶胀度均随着温度的升高而下降,但在pH=1.0时,sem i-IPN凝胶的溶胀度小于PN IPAAm凝胶的溶胀度;在pH=7.4时,结果正好相反。20℃时,该凝胶有良好的pH敏感性;而37℃时,敏感性不明显。同时对该凝胶的消溶胀动力学进行了研究,结果发现,该凝胶的消溶胀速率随着凝胶中CM C组分含量的增加而增大。

聚N-异丙基丙烯酰胺类凝胶及其温敏性和酸敏性的研究

以N-异丙基丙烯酰胺为基础制成四种凝胶:①N-异丙基丙烯酰胺均聚凝胶;②N-异丙基丙烯酰胺与甲基丙烯酰胺共聚凝胶;③N-异丙基丙烯酰胺与甲基丙烯酸钠共聚凝胶;④N-异丙基丙烯酰胺与丙烯酰胺共聚,经水解生成的凝胶。探讨了引发剂、促进剂和交联剂及单体总浓度对凝胶化时间或凝胶的溶胀性能的影响,以及凝胶的温敏与酸敏相变条件。设计了温敏凝胶萃取过程,并对牛血清蛋白、碱性蛋白酶以及某种人体激素溶液进行浓缩实验。结果表明其具有良好的实用前景。

快速响应的温敏性聚(N-异丙基丙烯酰胺)水凝胶 Ⅰ.以CaCO_3为成孔剂制备方法、表征及动力学研究

以不同粒径的CaCO3粒子为成孔剂 ,合成了快速响应的温敏性聚 (N 异丙基丙烯酰胺 ) (PNIPA)水凝胶 .利用扫描电镜观察到水凝胶具有特殊的孔状结构 ,得到水凝胶的孔径大小为几十微米左右 .动力学研究表明 ,该水凝胶在温敏膨胀或收缩时 ,具有快速的响应速率 ,在 10min内的失水率可达 90 % .比较了干凝胶和4 0℃下失水后的凝胶两种不同状态下水凝胶的膨胀曲线 ,发现两者的溶胀动力学曲线明显不同 ,前者的曲线有拐点 .同时发现与失水收缩速率相比 ,水凝胶具有较慢的吸水膨胀速率 .