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聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAAm)凝胶是一种典型的热敏性水凝胶,具有明显的低临界相变温度(LCST)。在LCST以下,PNIPAAm凝胶为亲水溶胀状态;LCST以上为疏水收缩态。加入适当的亲水或疏水性单体合成PNIPAAm共聚物水凝胶,可以在一定范围内调节聚合物的LCST,还能得到兼具pH、离子强度等环境敏感特性的水凝胶。
本文采用60Coγ-射线辐射合成PNIPAAm及其丙烯酰胺(AAm)和丙烯酸(AAc)的共聚物水凝胶,并研究了水凝胶在不同介质(如去离子水、不同离子强度的水溶液以及不同pH值的缓冲溶液)中的溶胀特性及LCST;采用乳液聚合合成PNIPAAm及其AAm共聚物的水凝胶微球,研究了引发剂、分散剂和交联剂对凝胶微球粒径的影响,并测定了热敏性变化曲线;采用磁流体代替溶剂,聚合得到磁性水凝胶微球。
本文的结果表明:辐射合成水凝胶具有温度敏感性,在一定范围内,其溶胀率随温度的升高而下降,其消溶胀过程符合修正的菲克第二扩散定律;在去离子水中,共聚物水凝胶的低临界相转变温度(LCST)随共聚单体(AAc、AAm)比例的增加而升高,而当共聚单体比例达到一定时,LCST变得不明显;PNIPAAm及其共聚物水凝胶的溶胀率随离子强度的增加有一突变的下降过程;在含有一定离子强度的溶液中,非离子Poly(NIPAAm-co-AAm)的LCST随共聚单体AAm含量的增加而增加,而离子化的Poly(NIPAAm-co-AAc)的LCST却随共聚单体AAc含量的增加而下降;溶液的pH值对凝胶的溶胀性能有显著的影响,PNIPAAm及其共聚物在不同pH值缓冲溶液的溶胀性能类似于两性型离子水凝胶。除温度的变化外,PNIPAAm及其共聚物水凝胶在pH及离子强度反复变化的情况下,也具有反复可逆的溶胀与消溶胀特性。采用NIPAAm接枝改性的聚丙烯纤维可在酸性条件下通过变化温度实现对金属离子的吸附与解吸附,这对废水的净化及离子的回收有着重要意义,这一技术已申请发明专利;采用微乳液聚合法合成了PNIPAAm及其AAm共聚物的水凝胶微球,其粒径随温度增加而减小,在一定条件下可达纳米级;凝胶微球粒径随引发剂、分散剂用量的增大而减小,随交联剂用量的增大而增大。