PAMPS/SiO_2杂化水凝胶的合成及电场敏感性研究

以2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)为有机原料,正硅酸乙酯(TEOS)为无机原料,过硫酸钾为引发剂,N,N'-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,通过原位-凝胶水溶液聚合法合成了一系列不同二氧化硅含量和不同聚离子浓度的聚(2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸)/二氧化硅杂化电场敏感性水凝胶.通过扫描电子显微镜(SEM)表征凝胶的结构,研究水凝胶在去离子水以及氯化钠溶液中的溶胀和消溶胀行为.结果表明,系列凝胶的平衡溶胀度介于224.9至325.6之间,复合凝胶的溶胀速率随TEOS用量的增加而降低;除理想杂化凝胶外,随着聚离子浓度的升高,凝胶在氯化钠溶液中的消溶胀速率逐渐减小.对凝胶的电场敏感性研究表明,当聚离子浓度大于氯化钠溶液浓度时,凝胶进一步溶胀,反之则消溶胀,其中杂化凝胶的再溶胀性能减弱,而消溶胀行为变得更为明显.同时制得的理想杂化凝胶,较纯有机凝胶具有更为理想的力学性能,最大抗压缩强度可达23.4 MPa.     

P(AMPS-co-BMA)水凝胶的电场敏感性及电刺激响应机理

以离子型单体2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)及非离子型单体甲基丙烯酸丁酯为原料, 偶氮二异丁腈为引发剂, N,N′-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂, N,N-二甲基甲酰胺为溶剂, 通过自由基聚合合成了一系列聚离子浓度不同的聚(2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸-co-甲基丙烯酸丁酯)电场敏感性水凝胶. 研究了其在去离子水及NaCl溶液中的溶胀行为. 结果表明, 该水凝胶在去离子水中的平衡溶胀度在236.4~298.5之间, 其溶胀速率随着AMPS用量的增加而增加; 并且随着凝胶内部聚离子浓度的增加, 凝胶在NaCl溶液中的消溶胀速率及消溶胀度逐渐减小. 凝胶的电刺激响应性能研究结果表明, 在电场存在下, 凝胶在NaCl溶液中的溶胀行为与凝胶内部聚离子浓度和溶液中NaCl浓度的相对大小有关, 当凝胶内部聚离子浓度大于溶液中NaCl浓度时, 凝胶溶胀, 反之则凝胶消溶胀; 而且, 凝胶在电场作用下的偏转行为同样与凝胶内部聚离子浓度和溶液中NaCl浓度的相对大小有关, 当凝胶内部聚离子浓度大于溶液中NaCl浓度时, 偏向阴极, 反之则凝胶偏向阳极. 另外, 在电场存在下, 凝胶在NaCl溶液中的电偏转速度与环境温度密切相关.     

聚(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸/丙烯酰胺)水凝胶合成与性能研究

以2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和丙烯酰胺为原料,以PEG6000为成孔剂,采用水溶液法合成多孔性聚(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸/丙烯酰胺)水凝胶,研究了凝胶的溶胀性和电场作用下的退溶胀性能.在凝胶制备过程中,PEG6000分子充当成孔剂,通过综合性能比较和红外光谱测试可知,所得凝胶具有多孔结构,这种孔洞结构有利于水分子的进出.结果显示,当引发剂为0.005 mol/L,交联剂为0.008 mol/L,摩尔比AMPS:PEG6000=100∶1,AMPS:AAm=2∶1时,可得综合性能较好的PAMA凝胶.     

电场对TiO2纳米膜光催化性能的影响

 以泡沫镍为基材,采用溶胶-凝胶法制备了TiO2纳米膜光催化剂. 在自制外加电场光催化反应装置中,对催化剂施加一定的偏电压,研究了甲基橙溶液的光电催化降解反应,考察了偏压极性、阳极偏压和甲基橙初始溶液浓度等对降解效率的影响,并比较了光电催化与光催化、光解对甲基橙溶液降解的差异. 结果表明,外加阳极偏压形成的电场可以较大幅度提高甲基橙溶液的降解效率. 从半导体和量子力学理论出发探讨了电场促进光催化反应的作用机理.     

pH-敏感的疏水型凝胶在直流电场中的刺激响应

合成了不同疏水链长的甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酰胺及丙烯酸与 4 ,4′ 二 (甲基丙烯酰胺基 )偶氮苯交联共聚的聚电解质凝胶 .该凝胶在非接触电场中发生消溶胀 ,但疏水侧链较长的凝胶在发生消溶胀之前经历了一个溶胀过程 .凝胶在电场中首先弯向阴极 ,随着时间的延长或电压的升高弯向阴极 ;并出现弯曲的方向或弯曲的程度的波动 .当撤去电场后 ,凝胶又能恢复到初始的形态 .凝胶的这些性质既与电渗、电扩散及电解有关 ,亦与凝胶的疏水相互作用有关     

天然高分子电场敏感水凝胶——大豆蛋白/羧甲基壳聚糖体系

通过将大豆蛋白(SPI)和羧甲基壳聚糖(CMCS)进行溶液共混,并加入环氧氯丙烷作为交联剂,成功制备了一种天然高分子两性荷电水凝胶.这种SPI/CMCS水凝胶在电场的作用下可以快速弯向一侧电极,表现出很好的电场敏感性.由于该水凝胶具有两性荷电的特性,因此其在不同pH值的电解质溶液中既可以弯向阳极(当pH6时),也可以弯向阴极(当pH6时).除了pH的变化,其他诸如施加电压的大小以及水凝胶的厚度也会对SPI/CMCS水凝胶在电场中的行为产生影响.相比于先前报道的另外两种天然高分子电场敏感水凝胶,即壳聚糖/羧甲基纤维素水凝胶和壳聚糖/羧甲基壳聚糖水凝胶,SPI/CMCS水凝胶在酸性较强(pH=3～4)以及中性(pH=7)的环境中仍能表现出良好的电场敏感性,拓展了天然高分子电场敏感水凝胶的应用范围.     

大孔PAMPS/PVA半互穿网络型水凝胶的制备及其性能研究

以PEG6000为成孔剂, 合成了大孔聚(2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸)/聚乙烯醇半互穿网络型(s-IPN)水凝胶. 红外分析表明, PVA与PAMPS之间形成了较强的氢键, 使得PVA分子上的C—O伸缩振动吸收峰移向了低波数处. X射线衍射分析发现, 当PVA用量较高时, 由于部分的PVA结晶, 使得凝胶的半互穿网络结构不均匀. 电镜分析结果表明, 没有使用成孔剂的凝胶表面成褶皱形, 不存在任何孔洞结构; 而以PEG6000为成孔剂的凝胶表面存在相互贯穿的大孔结构. 研究了该水凝胶的溶胀性能, 结果表明, 该水凝胶的平衡溶胀度在116至320之间; 而成孔剂PEG6000的加入能较大幅度提高凝胶的溶胀速率, 凝胶在240 min之内就能达到溶胀平衡. 对凝胶抗压缩性能的研究表明, 当PVA用量为9.1% (w)时, 凝胶的抗压缩强度最大, 可达12.0 MPa; 而成孔剂的加入会在一定程度削弱凝胶的抗压缩强度. 该凝胶具有较好的电场敏感性, 研究发现, 将吸去离子水达到溶胀平衡的凝胶放入施加有电场的0.2 mol•L－1 NaCl溶液中时, 凝胶迅速偏向阳极. 而PVA和成孔剂PGE6000的用量均对凝胶的偏转速度以及最大偏转角存在较大的影响.     

一种快速响应电场敏感多孔水凝胶的合成及其性能研究

以4-乙酰基丙烯酰乙酸乙酯(AAEA)、2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸(AMPS)为单体,不同分子量的聚乙二醇(PEG)为成孔剂,通过自由基溶液聚合法,合成了新型多孔快速响应电场敏感性水凝胶.结果表明,成孔剂PEG被洗脱后在凝胶内部形成了互相贯穿的孔洞结构,孔径在30～120μm之间.以PEG6000为成孔剂致孔后的多孔凝胶溶胀速率和消溶胀速率最快,在去离子水中30s达到溶胀平衡,在0.1mol/L的NaCl溶液中40min达到消溶胀平衡;电场作用下凝胶的消溶胀速度大大加快,12min内即可达到平衡.凝胶中AMPS含量的增多会加快凝胶在电场中的响应速度;而高温下,随着AAEA含量的增加,凝胶内部疏水基团增多并收缩产生大量的疏水微区,限制了凝胶内部水分的持续排出,因此n(AAEA)∶n(AMPS)=3∶1的凝胶4min内即可排出表面水分达到消溶胀平衡,可保水率却高达75%.同时,增大电解液的pH值、浓度以及提高电解电压,均会加快凝胶的消溶胀行为.     

电场响应光子晶体

光子晶体是一种介电常数周期变化、具有光子带隙、对光路可控的新型功能材料。将对外界刺激敏感性材料引入光子晶体空隙就得到可响应光子晶体。电场响应光子晶体是由电活性材料与光子晶体结构相结合所得,可以应用于反射型彩色显示并表现出其他显示技术所没有的独特优点。本文重点介绍了电场响应光子晶体器件的结构和响应机理,并按照引入电活性材料的不同将电场响应光子晶体分为基于液晶、聚电解质水凝胶、金属有机聚合物凝胶、导电聚合物以及核壳式电场响应光子晶体,总结了近几年各类电场响应光子晶体的研究进展,提出了在反射型彩色显示器件方面的应用以及存在的问题和展望。     

微波等离子体引发合成P(AMPS/NIPA)新型智能凝胶及其性能

以2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺@（AMPS）和异丙基丙烯酰胺（NIPA）为单体,通过微波等离子体引发聚合制备了新型二元智能凝胶P（AMPS／NIPA）,并对其性能进行了研究。探讨了等离子体功率及处理时间对聚合反应的影响;研究了该凝胶的温度敏感性、吸水／失水动力学和pH敏感性及其影响因素;对凝胶的组成及三维交联网络结构进行了表征。结果表明,P（AMPS／NIPA）二元智能凝胶具有高的溶胀比、很好的温度敏感性和pH敏感性以及快的智能响应速率。     

离子键交联的聚两性电解质凝胶在不同pH和不同电解质溶液中溶胀行为研究

以丙烯酸(AA)和甲基丙烯酸二乙氨基乙酯(DEAM)形成的离子复合物与丙烯酰胺(AAm)共聚,合成了一种新型的离子键交联的聚两性电解质凝胶(PADA).由于分子之间的氢键作用,PADA凝胶并不是在A/C(负正离子单体摩尔比)为1,而是在A/C为1.55处有最大消溶胀.与共价键交联的聚两性电解质凝胶相比,PADA凝胶的溶胀行为具有更强的pH敏感性.PADA凝胶在不同pH缓冲溶液中的溶胀行为表明,在pH 3~4之间消溶胀程度最大.在偏离该pH区域时凝胶均发生溶胀.但凝胶的溶胀程度在pH<3的酸性溶液中随A/C的增加而降低;而在pH>4的偏碱性溶液中随其增加而增加.在不同价数的离子溶液中,离子浓度对于PADA凝胶的平衡溶胀有着不同的影响.对于一价的NaCl溶液,PADA凝胶有典型的反聚电解质效应.但对于高价的CaCl2和柠檬酸三钠溶液,只在较低的浓度下,才表现出反聚电解质效应.而在较高盐浓度时,随盐浓度的增加其溶胀比反而降低.这可能与高价离子形成的离子键交联有关.与pH对PADA凝胶溶胀程度的影响相似,在CaCl2溶液中,PADA凝胶的溶胀程度随A/C的增加而降低;而在柠檬酸三钠溶液中则刚好相反.这种独特的溶胀行为似乎与高价离子电荷的正负性有关.     

聚乙烯醇硫酸钾水凝胶电机械化学行为研究

通过将交联聚乙烯醇硫酸酯化的方法制备了一种新型电刺激响应性聚乙烯醇硫酸钾(PVSK)智能水凝胶,并探讨了溶液离子强度和pH对PVSK水凝胶的溶胀吸水率、机械性能以及电机械化学行为的影响.结果表明,制备的PVSK水凝胶的平衡溶胀比随NaCl溶液离子强度的增大而减小,在pH2.39～10.83范围内基本不受溶液pH的影响;经不同离子强度和pH的NaCl溶液充分溶胀的PVSK水凝胶具有良好的机械性能,在非接触的直流电场作用下,该水凝胶向电场负极弯曲,凝胶的弯曲速度和弯曲偏转量随外加电场强度的增加而增大,随NaCl溶液离子强度的增大出现临界最大值,但不随溶液pH(2.08～10.53)的改变而改变;在循环电场作用下,PVSK水凝胶的电机械化学行为具有良好的可逆性.     

Swelling-shrinking behavior of a polyampholyte gel composed of positively charged networks with immobilized polyanions

Polyampholyte gels were prepared by free radical polymerization of aqueous monomer solutions with the following composition: 69% N-isopropylacrylamide (thermosensitive neutral monomer), 1% N,N'-methylenebisacrylamide (cross-linker), 15% 1-vinylimidazole (cationic monomer), and either 15% acrylic acid (AAc, anionic monomer) or poly(acrylic acid) (PAAc, polyanion). We thus obtained two sorts of polyampholyte gels; that is, G1 with immobilized PAAc and G2 with randomly copolymerized AAc. The equilibrium swelling ratio (Qe) was studied as a function of the pH, NaCl concentration, and temperature. Also studied was the kinetics of swelling and shrinking in response to a sudden pH change. The significant results obtained were as follows: (i) A fully collapsed state was observed at pH 4.5-9.0 for G1 and at pH 4.5-7.0 for G2. (ii) Below and above these pH ranges, both gels were in a swollen state; therefore, an isoelectric point (pI) appeared in a wide pH range. (iii) At alkaline pH regions where a hysteresis was observed in the Qe versus pH curves of G1 and G2 as the pH was first increased then decreased, G1 exhibited very slow swelling-shrinking kinetics. (iv) An increase in the NaCl concentration allowed the gel to swell at pH approximately pI (antipolyelectrolyte behavior) but to shrink at pHs below and above the pI range (polyelectrolyte behavior). (v) The magnitude of the salt-induced shrinking of G1 is smaller than that of G2 at pH 10 and at NaCl concentrations > 0.01 M. (vi) At pH 10, an increase in the temperature from 35 to 50 degrees C led to a shrinking change of G1 but not of G2. These results were found to be explicable in terms of a different distribution of negative charges within the polyampholyte gel network.     

Synthesis,characterization and stimuli-sensitive properties of novel linear and crosslinked polybetaines based on acrylic acid and ethyl 3-aminocrotonate

Novel linear and crosslinked polybetaines based on acrylic acid (AA) and ethyl 3-aminocrotonate (CRO) have been synthesized by a Michael addition reaction followed by radical polymerization. The polymerization of AA and CRO was carried out in bulk, water and organic solvents. The dependence of polymer yield on the molar ratio of monomers and water content was found. Primary attention was paid to linear and crosslinked polybetaines synthesized at equimolar ratio of monomers in the feed. The composition and structure of linear polybetaines was determined by elemental analysis, potentiometric titration, FTIR and NMR spectroscopy. The isoelectric points of linear and crosslinked polybetaines determined by electrophoresis, viscometry and swelling experiments corresponded to pH 2.0-2.2. The stimuli-sensitive properties of amphoteric gels were studied as a function of pH, ionic strength, water-organic solvent mixture, electric, and combined electric and magnetic fields. Appearance of pH gradient within the polyampholyte gel matrix under the externally imposed DC electric field was observed.     

高机械性能的聚(丙烯酸-co-甲基丙烯酸十八酯)疏水缔合凝胶的溶胀行为研究

以丙烯酸(AA)、甲基丙烯酸十八酯(OMA)、十二烷基硫酸钠(SDS)为原料,采用胶束共聚的方法合成了疏水缔合(HA)凝胶.在HA凝胶内部,表面活性剂SDS与疏水单体OMA组成的增溶胶束起到物理交联作用,将亲水的聚合物链交联起来.通过单向拉伸试验证实了该凝胶具有较高的机械性能.此外,也测试了HA凝胶在不同pH值溶液中的溶胀行为.结果显示,HA凝胶具有特殊的溶胀行为,其溶胀过程可以分为凝胶溶蚀、溶胀平衡和凝胶瓦解3个阶段.在强酸性条件下,凝胶的溶胀被抑制,没有出现凝胶瓦解阶段.在强碱性条件下,凝胶的溶胀被促进,溶胀平衡阶段被越过.盐的存在也会抑制HA凝胶的溶胀,但在SDS溶液中,溶液中的SDS会促使凝胶中的疏水改性聚合物溶解到溶液中去,组成新的缔合结构,而使溶液增稠。     

干燥方式对含直链淀粉半互穿网络水凝胶溶胀和降解的影响

以4,4′-二甲基丙烯酰胺基偶氮苯(BMAAB)为交联剂,制备了丙烯酸-丙烯酰胺-甲基丙烯酸酯共聚物和直链淀粉半互穿网络水凝胶.以冷冻干燥和空气干燥两种方式,研究了干凝胶在pH2.2和pH7.4时的溶胀和降解性能.结果表明采用两种干燥方式的凝胶在不同pH的介质中都遵循二级溶胀动力学.凝胶内部水的扩散均为非Fickian机理,即扩散和链松弛协同作用的机理.但经历冷冻干燥的凝胶其扩散机制占优势.在pH=7.4的介质中,冷冻干燥凝胶的平衡溶胀比(SR)显著增大,而在pH=2.2时则无明显变化.扫描电镜(SEM)和降解实验发现,在结肠内容物的作用下,冷冻干燥凝胶在5天内降解率可达35.3%,而空气干燥凝胶的降解率为28.1%,表明冷冻干燥的方式可在一定程度上促进凝胶在结肠环境下的降解.     

Swelling and Release Characteristics of Poly(Sulfopropyl Methacrylate Potassium-Co-Hydroxyethyl Methacrylate) Gels

Abstract

A new polyelectrolyte gel consisting of sulfopropyl methacrylate potassium and 2-hydroxyethyl methacrylate has been synthesized and characterized in terms of swelling and drug release. The swelling of the drug-free gel is influenced by the salt concentration, ranging from a swelling ratio of 44.0 in the absence of NaCl to 3.6 in 2 M NaCl. The degree of swelling does not fluctuate significantly in a variation of swelling ratios from 23.4 to 26.4 with the pH of the swelling medium ranging from 3.0 to 9.8 in 0.01 M NaCl. Even at pH 1.2 the swelling ratio is 10.7 in 0.01 M NaCl. The release of oxprenolol HC1 and diphenhydramine HCl, highly water-soluble drugs, are independent of both buffer concentration (0.01 to 0.1 M) and the pH (1.4 to 7.4) of the dissolution medium. However, the release of less water-soluble drugs, such as propranolol HCl and labetalol HCl, slows down as the pH decreases.     

PVA/PAA水凝胶纤维的电刺激响应性能

以过硫酸胺为引发剂,在PVA水溶液中原位聚合丙烯酸单体,得到的PVA／PAA混合水溶液在凝固浴硫酸胺饱和水溶液中纺丝制备了物理缠结和氢固定网络形式的PVA／PAA水凝胶纤维。该纤维于NaCl溶液中在直流电场作用下具有电流－刺激敏感性,表现为溶胀、收缩、弯曲行为。纤维的弯曲速度和最大弯曲度随电场强度和凝胶网络中PAA含量的增加而增大,随电解质溶液离子强度的变化出现临界最大值。纤维向负极弯曲的过程中,在电场下自由离子和反庆子迁移引起的渗透压主导作用,弯曲过程主要是溶胀弯曲;向正极弯曲过程中,由于电化学反应和电场作用下产生的PH梯度导致凝胶网络构像变化主导作用,弯曲主要是收缩弯曲;弯曲由负极向正极转化过程中,两种机理对弯曲的影响相对平衡。     

羧甲基纤维素与丙烯酸接枝共聚凝胶的溶胀动力学及过溶胀平衡特性的研究

采用接枝共聚合成了羧甲基纤维素钠、丙烯酸与N,N′-亚甲基双丙烯酰胺的交联凝胶, 研究了这类凝胶在不同pH值的缓冲溶液中的溶胀行为, 发现在酸性介质中凝胶的溶胀动力学行为表现出过溶胀平衡特性(overshooting effect), 即凝胶先发生溶胀到最大值, 然后再逐渐消溶胀到平衡. 这种现象可归因于凝胶溶胀过程中羧基之间通过氢键所产生的协同物理交联. 较之凝胶的组成, 缓冲溶液的pH值对过溶胀平衡现象的影响更为显著. 前者是因为凝胶羧基的总摩尔分数并不随两组分结构单元摩尔数的改变而改变, 羧基之间通过氢键形成的物理交联程度在交联剂摩尔分数接近的条件下变化不大; 后者是由于溶液的pH值显著影响凝胶羧基的质子化程度, 进而影响羧基之间通过氢键形成的物理交联程度. 凝胶在酸性介质中的溶胀过程符合E. Díez-Peña等提出的溶胀动力学定量模型, 理论曲线与实验数据有较好的相关性. 凝胶在pH≥5.0的缓冲溶液中的溶胀不产生过溶胀平衡现象, 这一现象归因于完全离子化的羧基之间不能形成物理交联. 凝胶的溶胀过程遵循Schott二级溶胀动力学.