纤维素纳米纤维接枝聚(N-异丙基丙烯酰胺)水凝胶的制备与表征

将具有温度响应的聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAm)接枝到电纺纤维素纳米纤维膜上,制备温度响应型纤维素接枝聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAm-g-Cell)纳米纤维水凝胶。 研究接枝单体(N)与纤维素(c)的质量比、反应温度、反应时间和引发剂浓度对产物接枝率、溶胀性和形貌的影响。 结果表明,最佳聚合反应条件为m(N):m(c)=15:1、反应温度40 ℃、反应时间3 h、引发剂浓度为10 mmol/L,得到PNIPAm-g-Cell接枝率和溶胀率分别为35%和31%。 与PNIPAm相比,PNIPAm-g-Cell水凝胶的低临界相转变温度(LCST)显著升高,说明亲水性纤维素的引入改变了体系的亲疏水平衡。 去溶胀动力学测试表明,0.5 min内接枝率为25%和35%的水凝胶保水率分别降低至93%和61%。 说明接枝率越高PNIPAm-g-Cell水凝胶对温度的响应速度越快,对温度越敏感。     

聚合物纳米微球增韧水凝胶的制备与表征

通过无皂乳液聚合制备阳离子纳米微球(NPs),并将其作为疏水交联中心来制备高强韧水凝胶。体系中的疏水单体甲基丙烯酸月桂酯(LMA)在表面活性剂作用下聚集到纳米微球表面,形成疏水缔合中心,通过原位引发自由基聚合得到纳米微球杂化的聚丙烯酰胺疏水缔合水凝胶P(AAm-LMA)-NPs。当凝胶受到应力时,由纳米微球形成的动态交联点通过断裂与重组可以有效地耗散能量,极大地提高了凝胶的强度和韧性。因此,所制备的P(AAm-LMA)-NPs水凝胶表现出十分优异的机械性能,其最大拉伸强度可达860 kPa,断裂伸长率为1280%,断裂韧性为3.8 MJ/m³。聚合物纳米微球增韧水凝胶的力学性能优异,有望在生物医学和工业领域有重要应用。     

PMMA/P(AN-MMA)纳米复合粒子的制备与形貌表征

采用种子乳液聚合的方法制备PMMA／P(AN-MMA)纳米复合粒子,在第二阶段聚合过程中分别采用水溶性引发剂、油溶性引发剂以及氧化还原引发体系,通过透射电子显微镜(TEM)来观察复合乳胶粒子的形态结构,得到的PMMA／P(AN-MMA)纳米复合粒子为半球形结构,与热力学理论预测结果一致。     

PMAA纳米水凝胶的水相制备

利用表面活性剂间的疏水作用以及表面活性剂与单体间的氢键作用,促使甲基丙烯酸(MAA)单体在原位生成的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)种子乳胶表面的选择性聚合,实现了PMAA纳米水凝胶的水相"绿色"制备。利用动态光散射、傅里叶红外光谱、透射电子显微镜表征了PMAA纳米水凝胶的尺寸、组成、形貌和pH响应性。研究了聚氧乙烯失水山梨醇单月桂酸酯(吐温20)的用量、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)的用量、MAA的用量和加入方式、十二烷基硫酸钠(SDS)的补加速率等对PMAA纳米水凝胶的尺寸和溶胀性能的影响。结果表明:PMAA纳米水凝胶为核-壳结构;随着MBA用量的减小、吐温20用量的增加、MAA用量的增加,PMAA纳米水凝胶的尺寸和溶胀比均增大;当采用半连续加入MAA时,PMAA纳米水凝胶的尺寸和溶胀比变小;当SDS的补加时间由60min延长到100min时,PMAA纳米水凝胶的尺寸逐渐变小。PMAA纳米水凝胶具有良好的pH响应性,当介质的pH从1增加到6时,其流体力学体积扩张了64倍。     

P(DMAA-co-AM)水凝胶制备及其固定α-淀粉酶研究

采用氧化还原引发体系,水溶液聚合法制备P(DMAA-co-AM)水凝胶,并以其作为载体固定α-淀粉酶。采用单一变量法研究交联剂(N,N’-亚甲基双丙烯酰胺)用量、引发剂(过硫酸铵)用量、单体浓度和单体配比对凝胶性能的影响。以水凝胶的最大平衡溶胀度为指标,得出制备P(DMAA-co-AM)水凝胶的优化条件:交联剂用量为0.3%,引发剂用量为0.6%,单体浓度为20%,N,N′-二甲基丙烯酰胺与丙烯酰胺的摩尔比为2∶1。在优化条件下,采用原位聚合法固定α-淀粉酶,测定不同单体配比的P(DMAA-co-AM)水凝胶固定化α-淀粉酶的活性。     

温度与pH快速响应性P(NIPAM-co-AAc)水凝胶的制备及其性能

以氯化钠水溶液作为反应介质,成功制备了温度与pH快速响应性聚(N-异丙基丙烯酰胺-co-丙烯酸)[P(NIPAM-co-AAc)]水凝胶,研究了氯化钠水溶液的浓度对凝胶性能的影响.通过红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、测溶胀比对凝胶性能进行了表征.结果表明:凝胶具有相同的化学组成与结构,但具有不同的微观形态;随着反应介质中氯化钠浓度的增加,凝胶在20℃蒸馏水中的平衡溶胀比增大,并表现出较强的温度与pH敏感性以及较快的去溶胀速率.     

温敏性P(MEO_2 MA-co-OEGMA-co-HMAM)自交联水凝胶的制备和性质

利用原子转移自由基聚合(ATRP)方法合成了新的温度敏感性聚合物聚(2-甲基-2-丙烯酸-2-(2-甲氧基乙氧基)乙酯-co-寡聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯-co-N-羟甲基丙烯酰胺)[P(MEO2MA-co-OEGMA-coHMAM)]。红外光谱(FTIR)、核磁共振谱(1H NMR)和凝胶渗透色谱(GPC)对其结构进行了表征;利用透光率测定研究了共聚物的温度敏感性以及盐对其低临界溶解温度(LCST)的影响。将共聚物P(MEO2MA-coOEGMA-co-HMAM)链上的羟基分别转化为叠氮基和炔基后,在抗坏血酸钠和Cu SO4的催化条件下,通过温敏性共聚物P(MEO2MA-co-OEGMA-co-HMAM)链间点击自交联反应获得了温敏性水凝胶。凝胶形成流变动力学研究发现凝胶化作用在1 min之内发生,之后体系的储能模量(G')大于损耗模量(G″);通过SEM和溶胀性能分析表明,随着温度的升高水凝胶的孔径减小,导致水凝胶的保水量逐渐减小,证明了合成的凝胶具有温度敏感性;牛血清蛋白(BSA)和茴香脑分别作为亲水和疏水药物模型研究凝胶的药物体外持续释放。结果表明:在37oC时,载药凝胶对BSA释放率较大,释放速度较快。     

温敏性聚(N-异丙基丙烯酰胺)水凝胶的合成与表征

以不同粒径的硅胶颗粒为致孔剂制备了多孔的聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAAm)水凝胶,用DSC对其相转变温度进行了表征,并测定了不同温度下达到溶胀平衡时水凝胶的溶胀率,研究了水凝胶的退胀机理及收缩凝胶的再溶胀机理。实验证明,多孔凝胶相对于无孔凝胶其溶胀性能有较大提高,孔结构的存在大幅度提高了水凝胶的响应速率,尤其是退胀速率。     

快速响应的温敏性聚(N-异丙基丙烯酰胺)水凝胶的制备及表征

以不同浓度的β-环糊精水溶液为反应介质制备了一系列快速响应的温度敏感性聚(N-异丙基丙烯酰胺)水凝胶。利用SEM观察其表面形态,并测定了不同温度下达到平衡时水凝胶的溶胀比,研究了水凝胶的去溶胀动力学。结果表明,与传统水凝胶相比,该水凝胶的溶胀性能略有提高,并且对温度的变化具有非常快的响应速率。以0·25(wt)%的β-环糊精水溶液中制备的水凝胶为例,该水凝胶仅1min内就失去约94%的水,而传统水凝胶在15min内仅失去66%左右的水。     

纳米级Fe-P-O(FePO4)催化剂的制备与表征

采用微波辅助均相沉淀法成功制备了粒径约为１４ｎｍ,比表面积高达１５０ｍ＾２／ｇ的纳米Ｆｅ－Ｐ－Ｏ催化剂,并用ＴＧ－ＤＴＡ、ＸＲＤ、ＴＥＭ等技术对其制备过程进行了考察。初步的催化研究表明,其对乳酸选择氧化生成丙酮酸的催化活性明显优于通常方法制备的大颗粒Ｆｅ－Ｐ－Ｏ催化剂。     

PVA/P(AA-AM)水凝胶的制备及药物控制释放性能研究

以聚乙烯醇(PVA)、丙烯酸(AA)和丙烯酰胺(AM)为单体,过硫酸铵(APS)为引发剂、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂,通过化学引发聚合制备互穿水凝胶PVA/P(AA-AM);用红外光谱(IR)、热重分析(TG)、差示扫描量热法(DSC)及扫描电镜(SEM)等测试方法对其进行了表征,并对其溶胀性能、p H敏感性以及离子强度对溶胀性能的影响进行了研究;并考察了该凝胶分别在p H=6.86和p H=1.80介质中对药物异烟肼和烟酸的控制释放行为。结果表明,PVA/P(AA-AM)水凝胶具有良好的p H、离子强度敏感性,在两种介质中异烟肼的累积释放率均高于烟酸,但异烟肼在p H=1.80的介质中的释放速度和累积释放率均高于其在p H=6.86的介质,烟酸则结果恰好相反。所以这种水凝胶有望用作靶向药物释放的载体。     

非水凝胶原位聚合制备Tb(OPri)3 掺杂的P(MMA-co-St)共聚物的研究

将三异丙氧基铽[Tb(OPr^i)3]直接掺入甲基丙烯酸甲酯(MMA)与苯乙烯(St)的混合单体中，混匀后会立即形成白色凝胶体，通过原位聚合后即获得掺杂Tb(OPr^i)3的P(MMA-co-St)共聚物。采用FT-IR，DMTA，TG，FS，ESEM等手段对其进行表征。FT-IR分析表明，共聚物中Tb^3 离子与羰基和苯环间存在着配位作用；MMA与St主要以交替共聚为主。DMTA，TG表明，Tb(OPr^i)3的掺入，使共聚物的玻璃化温度下降、贮能模量和耐热性能提高。FS分析表明，当Tb含量为1．0％时，共聚物在381nm处发射宽而强的荧光，其强度约是纯P(MMA-co-St)的14倍，同时在489，544，584nm处发射很强的Tb^3 离子^5D4→^7F6，^5D4→^7F5，^5D4→^7F4跃迁的特征荧光。ESEM表明，共聚物呈现交联网络状的微观形貌，未见聚集体，Tb^3 离子在体系中是均匀分布的。     

纳米复合模板水凝胶的制备及其性能

以非离子表面活性剂聚氧乙烯(20)鲸蜡醇醚(Brij58)为模板, 采用自由基聚合制备得到聚(N-异丙基丙烯酰胺)/Brij58/粘土纳米复合模板水凝胶(PLH). 相比于传统纳米复合水凝胶, PLH水凝胶力学性能与亲水性明显改善. 场发射扫描电镜(FESEM)结果表明: Brij58的引入导致传统纳米复合水凝胶的孔洞数量增加, 孔与孔相互贯穿, 大孔结构更加规整, 大孔之间由众多小孔连接. 拉伸应力-应变、储能模量和溶胀动力学研究结果表明, 断裂应力、断裂负载和断裂伸长率随Brij58含量的增加呈先增加后降低的趋势, 然而水凝胶储能模量与最大溶胀度随Brij58含量的增加而增加. 同时, 表面接触角结果表明: 由于Brij58的模板作用和Brij58同粘土之间的吸附作用, 使PLH水凝胶表面接触角先增大后减小.     

磁性能可控的聚(N-异丙基丙烯酰胺)基纳米复合水凝胶的制备与表征

以N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)为单体、焦磷酸钠改性的无机锂皂石(Clay-S)为物理交联剂,制备了温敏性的纳米复合水凝胶(NC gels),通过原位化学沉淀法引入Fe3O4纳米粒子,制备了聚(N-异丙基丙烯酰胺)基磁性纳米复合水凝胶(MNC gels)。使用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线光谱(EDX)、差示扫描量热分析(DSC)、综合物性测量系统(PPMS)等测试方法表征了凝胶网络的结构形态、磁性粒子的晶型及其分布、凝胶的温敏性和磁性能。重点研究了制备过程中的浸泡液铁盐浓度、预聚液的单体浓度及黏土含量对凝胶磁性能的影响,并对上述影响因素进行了分析和模拟。结果表明:MNC gels同时具有温敏性和磁敏性,且其磁性能受浸泡液铁盐浓度、预聚液的单体浓度及黏土含量影响;根据影响因素显著性水平建立了可预测MNC gels磁性能的模型,使磁性能的可控制备成为可能。     

纳米SnO2的非水溶剂溶胶-凝胶法制备与表征

Nanometer SnO₂ powders were successfully prepared by non-hydrolytic sol-gel approach combined with heat treatments using tin tetrachloride as starting material and ethylene glycol as solvent. The reaction mechanism of the sol-gel process is proposed. Results indicate that the -OHCH₂CH₂OH- prevent Cl^- ion from accessing to tin Sn⁴⁺ due to steric effect, and hence increaseing the stability of the sol solution. Ethylene glycol functions not only as a complextion agent to form a polymer network but also as a “spacer” to modulate the distance between metal ions, preventing metal oxide particles from aggregation during desiccation of the sol. The effects of heat treatments on the evolution of structure and morphology of nanosized SnO₂ powders were studied. The powders with narrow size distribution around 15～20 nm could be obtained at 500 ℃ for 4 h.     

基于多巴胺的黏合水凝胶的制备及表征

以1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺/N-羟基琥珀酰亚胺(EDC/NHS)为催化剂, 将多巴胺通过酰胺化反应连接到氧化海藻酸钠上, 制得含邻苯二酚结构的氧化海藻酸钠(COA), 将COA与胶原(COL)复合, 制得具有黏合性能的COA-COL水凝胶, 通过紫外-可见光谱(UV-Vis)、 傅里叶变换红外光谱(FTIR)和核磁共振波谱(¹H NMR)方法表征了COA的结构, 用扫描电子显微镜、 体外膨胀降解、 万能电子拉力机和噻唑蓝(MTT)法分别表征了COA-COL水凝胶的形貌结构、 平衡溶胀率、 降解率、 黏合强度和细胞毒性. 研究结果表明, 多巴胺已引入到氧化海藻酸钠上, 取代度分别为12.5%, 18%和22%; COA-COL水凝胶的内部形成了典型的海绵体多孔网状结构, 平衡溶胀率随着多巴胺取代度的提高先减小后增大, 降解率随着取代度的提高依次减小, COA-COL水凝胶的黏合强度从未经多巴胺改性时的(20.43±4.21) kPa提高到多巴胺取代度为22%时的(29.91±6.10) kPa, 而且具有良好的生物相容性.     

纳米CdS/聚乙烯咔唑(PVK)复合材料制备与表征

采用反相微乳法在庚烷/琥珀酸二异辛酯磺酸钠(AOT)/水体系中成功制备出纳米CdS/聚乙烯咔唑(PVK)复合材料。通过紫外-可见光谱(UV-Vis)、X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、荧光光谱(PL)对复合材料进行了结构表征和形貌观察。结果表明,UV-Vis光谱吸收峰在325 nm和360 nm,表现出纳米粒子明显的量子尺寸效应;TEM照片显示纳米CdS粒径分布较窄,均匀分散在PVK中。XRD分析表明,CdS纳米颗粒已经形成。PL结果显示:产物的荧光发射光谱峰波长在375 nm和520 nm。     

“生物降解型水凝胶的制备与表征”综合实验设计

针对材料化学综合实验本科教学,以学生掌握吸水性水凝胶的制备、表征和性能测定方法为目的,以安全、实验历程适合课堂教学为原则,以羧甲基纤维素钠、丙烯酰胺和N,N-亚甲基双丙烯酰胺为主要原料,采用自由基接枝聚合的方法,制备了尿素缓释凝胶。利过傅里叶变换红外光谱对水凝胶的化学结构进行了表征,采用淋溶法测定了尿素缓释凝胶的缓释性能。该实验安全性高,易实施,操作难度适中,为材料化学相关本科实验教学提供参考。     

pH响应性聚膦腈水凝胶的制备与表征

以N,N-二甲基乙二胺为阳离子型取代基, 甲基丙烯酸羟乙酯或烯丙胺为共取代基, 制备了同时带有pH响应性侧基和不饱和双键侧基的聚膦腈. 该聚合物的结构和组成经¹H NMR和FTIR确认后, 通过自由基引发交联得到聚膦腈凝胶. 凝胶在不同介质中的吸水率测试结果表明, 该阳离子型聚膦腈水凝胶的溶胀行为受聚合物侧基组成、介质pH、离子强度和阴离子价态影响显著, 有望与葡萄糖氧化酶结合后实现对胰岛素的葡萄糖响应释放.