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。

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。

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。

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。

阳离子型聚N-羟甲基丙烯酰胺水凝胶的制备及其对废水中甲基橙的吸附性能研究

采用水溶液聚合法制备了阳离子型聚N-羟甲基丙烯酰胺水凝胶(CPNMA),并对其吸附废水中甲基橙(MO)的性能进行探究。利用SEM、FT-IR、TG及XPS对CPNMA进行表征。通过吸附动力学和吸附等温线模型拟合发现,在25℃下CPNMA对MO的吸附行为更符合拟二级动力学和Langmuir等温吸附模型,吸附平衡时间为960 min,理论最大吸附量为371.6 mg/g。分析了吸附温度和溶液pH对吸附效果的影响,结果表明,在吸附温度为35℃及溶液pH=6时CPNMA可以呈现出最佳的吸附效果。综合分析,CPNMA的吸附机理包括氢键、静电作用、范德华力、n-π相互作用、表面吸附和孔隙填充。

温敏凝胶聚-N-异丙基丙烯酰胺-co-N-羟甲基丙烯酰胺的制备及体内生物相容性评价

目的:制备聚-N-异丙基丙烯酰胺/N-羟甲基丙烯酰胺P(NIPAAm-co-NHMPA),并对其在体内的生物相容性进行观察,初步评价其作为医学植入物的安全性。方法:实验于2007-01/10在华中科技大学同济医学院附属协和医院中心实验室、武汉大学化学系医用高分子材料教育部重点实验室完成。①温敏凝胶的制备:以过硫酸铵和四甲基乙二胺为氧化还原引发体系,N,N'-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂制备P(NIPAAm-co-NHMPA),反应体系中添加一定质量分数的N-羟甲基丙烯酰胺,溶涨率法测定低临界溶解温度。②安全性评价:进行过敏实验、急性全身毒性实验、遗传毒性实验、植入实验等一系列体内生物相容性动物实验以评估植入物的安全性。结果:①合成的凝胶材料符合预期的温敏特性要求,低临界溶解温度为38℃。②过敏实验结果证实材料没有致敏性;急性全身毒性实验显示该无毒性作用;遗传毒性实验结果初步证实该材料无致畸或致突变作用;体内植入实验表明,材料周围炎性反应轻微而局限。结论:温敏凝胶P(NIPAAm-co-NHMPA)的生物相容性良好,是一种有潜力的医学植入物的原材料。

聚N-异丙基丙烯酰胺类温敏凝胶的制备及其对萘普生钠的缓释作用

目的:制备聚N-异丙基丙烯酰胺类的两种温敏凝胶:聚N-异丙基丙烯酰胺均聚水凝胶和N-异丙基丙烯酰胺-甲基丙烯酰胺共聚水凝胶,并考察其性质和对萘普生钠的缓释作用。方法:在氮气保护下制备两种水凝胶,测定和比较交联剂和甲基丙烯酰胺含量对凝胶溶胀度及临界相转变温度的影响。并以两种水凝胶为载体,在模拟人体肠液环境下进行萘普生钠的体外释放实验。结果和结论:交联剂用量增大时,凝胶溶胀度下降;甲基丙烯酰胺含量增加时,共聚水凝胶溶胀度增加,临界相转变温度提高。亲水性共聚水凝胶对药物的释放稳定持久,释药量大,具缓释作用。

N-异丙基丙烯酰胺共聚和互穿聚合物网络温敏凝胶的溶胀与释药性能

制备了不同配比的 P(NIPAm - co- AAm )共聚水凝胶和 PAAc/ P(NIPAm - co- AAm )互穿聚合物网络(IPN )水凝胶 ,研究了其溶胀与释药性能 .结果表明 :该共聚水凝胶具有热缩温敏性 ,而该 IPN水凝胶具有热胀温敏性 .随 AAm含量的增加 ,该共聚水凝胶溶胀比减小 ,温敏性减弱 ,释药率减小 ;与此相反 ,随 AAm含量的增加 ,该 IPN水凝胶溶胀比增大 ,温敏性增强 ,释药率增大 .

N-异丙基丙烯酰胺/N-羟甲基丙烯酰胺共聚物及其水凝胶的合成及其温敏性研究

通过自由基聚合合成了 N-异丙基丙烯酰胺(NIPAm)与N-羟甲基丙烯酰胺(NHMPA)的共聚物及其水凝胶。研究发现,调节两单体的配比可得到不同的低临界溶液温度(LCST)值的共聚物及水凝胶。结果表明,NHMPA的加入不改变PNIPAm的温敏性,但可有效的调节其LCST值。

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 .

快速响应大孔聚(N-异丙基丙烯酰胺-co-丙烯酸)水凝胶的合成及表征

以聚乙二醇 60 0 0为成孔剂 ,由自由基引发 N -异丙基丙烯酰胺 ( NIPA)和丙烯酸 ( AAc)共聚交联得到大孔凝胶 ,研究了凝胶对环境温度的响应性能 .在凝胶制备过程中 ,PEG60 0 0分子充当成孔剂 ,得到的凝胶具有大孔结构 .这种大孔结构有利于水分子的进出 ,大孔凝胶对温度变化有较快的响应速率 .增加亲水单体AAc的含量 ,凝胶的 LCST有所升高 ,凝胶的亲水性增强 ,在较低温度下凝胶的溶胀率也随之升高 .振荡实验表明 。

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.

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.

表面强化交联聚(N-异丙基丙烯酰胺)水凝胶的温敏和浓缩分离性能

为了提高聚(N异丙基丙烯酰胺)(PNIPA)凝胶粒子的浓缩分离效果,以过硫酸铵/N,N,N′,N′,四甲基乙二胺为引发体系,N,N′亚甲基双丙烯酰胺(BIS)和二乙烯苯(DVB)为复合交联剂,通过反相悬浮聚合合成了表面强化交联的PNIPA凝胶粒子.考察了凝胶颗粒形态、温敏特性及其浓缩分离聚乙二醇/水性能.发现得到的凝胶为紧密珠状粒子,低临界溶解温度为32℃;随着溶质聚乙二醇相对分子质量增大或浓度减小,凝胶对聚乙二醇/水的分离效率提高;增加合成PNIPA凝胶时的BIS用量,可提高凝胶对聚乙二醇/水的分离效率,但溶胀率显著下降;增加DVB用量,分离效率大幅提高,而凝胶溶胀率基本不变.

多重响应的单分散聚(N-异丙基丙烯酰胺-co-丙烯酸)纳米水凝胶的制备及性能表征

以N-异丙基丙烯酰胺（NIPAM）与丙烯酸（AA）为单体,在水相中通过乳液聚合法制得具有温度、pH双重响应的单分散聚（N-异丙基丙烯酰胺-co-丙烯酸）（P（NIPAM-co-AA））纳米水凝胶。利用动态光散射仪（DLS）、原子力显微镜（AFM）和傅里叶红外光谱仪（FT-IR）对纳米水凝胶的尺寸、形貌和化学组成进行了表征,讨论了单体含量和乳化剂含量对凝胶粒径和多分散指数（PDI）的影响,同时探究了纳米水凝胶的温敏性和pH敏感性。结果表明：当AA为单体总物质的量分数的20%、乳化剂用量为0.05g时,制得的球形纳米水凝胶形态均匀规整,水合直径为403nm,PDI仅为0.033,且对温度和pH具有双重敏感,尤其在pH为4~6时,响应极为明显。

温度及pH敏感N-异丙基丙烯酰胺/β-环糊精水凝胶的合成与性能研究

用顺丁烯二酸酐 (MAH)对具有分子包结能力的 β 环糊精 (β CD)进行化学改性 ,合成出了丁烯二酸单酯化 β CD单体 (MAH β CD) .通过氧化还原自由基引发MAH β CD与N 异丙基丙烯酰胺 (NIPA)聚合 ,合成出含 β CD结构单元的新型水凝胶 .用核磁共振、红外光谱及元素分析对MAH β CD单体及共聚物的结构和组成进行了表征 .溶胀研究结果表明 ,该水凝胶具有较好的pH、温度及离子强度敏感性 ;并且水凝胶在较高羧基(—COOH)含量和弱碱环境中 。