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热敏性水凝胶是一类新型高分子材料,在化学和生物物质的分离、药物控制释放、高吸水性树脂、酶的固载、化学和生物传感器等工农业和国防科技领域有广泛的应用。增加热敏性水凝胶的溶胀度,控制其体积相变温度,提高温敏性对于扩大热敏性水凝胶的应用范围和效能有着重要发意义。本工作选择N-异丙基丙烯酰胺(NIPA)为热敏性单体,分别以丙烯酸钠(SA)和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)为亲水性的单体,以N-叔丁基丙烯酰胺(NTBA)和N-双丙酮丙烯酰胺(DAA)为憎水性的单体,以自由基聚合的方法合成了几个系列的三元共聚物水凝胶。通过紫外检测、观察浊点的变化研究了这些水凝胶的前体-线形共聚物的低临界溶液温度(LCST),考察了单体组成、离子强度、溶液的pH值对于LCST的影响。在水凝胶的合成中,对于常规的方法进行了一些改进,采用了长链的、柔顺性的三缩四乙二醇-双丙烯酸酯为交联剂,水与二氧六环为混合溶剂,选用油溶性的引发剂,在高于水凝胶体积相变温度的条件下进行反应。通过测定水凝胶的平衡溶胀度和溶胀速率发现:所得水凝胶在室温下有较高的平衡溶胀度,而当温度升到一定程度时,水凝胶脱溶胀,表现出同时具有高溶胀度和高热敏性。
本文第二章用N-异丙基丙烯酰胺,丙烯酸钠,N-叔丁基丙烯酰胺进行共聚,在加交联剂和不加交联剂的情况下,分别得到线形的聚合物和交联的三元共聚物水凝胶。测定了线形共聚物水溶液的吸光度随温度的变化,发现随着共聚物中SA含量的增加,其LCST是上升的；而随着NTBA的加入,共聚物的LCST逐渐下降,而且共聚物的LCST下降的程度与所加入的NTBA大致上成比例。还测定了热敏性水凝胶在不同温度下的溶胀度,当NTBA加入到共聚物体系中,其体积相变温度就会下降,由于NTBA的加入会使得溶胀度相应降低,但三元共聚物的溶胀度仍然远远高于NIPA均聚物的溶胀度。从而我们了解到,通过NIPA与亲水性和憎水性单体的比例调节,可以得到同时具有高溶胀度和温度响应性的热敏性水凝胶。热敏性水凝胶的LCST和溶胀度可以通过调节共聚物中NTBA的量来满足我们的要求。
本文第三章用N-异丙基丙烯酰胺(NIPA),丙烯酸(AA)、N-双丙酮丙烯酰胺(DAA)为单体,利用自由基聚合的方法,分别合成了NIPA与AA,NIPA与DAA的二元共聚物和NIPA与AA和DAA三元线形共聚物,测定了这些线形共聚物的LCST,研究了离子强度和pH值对于LCST的影响。最后合成了以这三种组分为原料的热敏性水凝胶,测量了水凝胶的平衡溶胀度和热敏性能,研究了溶胀和脱溶胀的速率。还进行了溶胀、脱溶胀和再溶胀的实验,以考察水凝胶的重复使用性能。结果发现:此工作合成的水凝胶比起第二章所得到的水凝胶有更好的平衡溶胀度。脱溶胀和再溶胀实验表明,水凝胶有较好的重复使用性能。
本文第四章以(N-异丙基丙烯酰胺),2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠,N-叔丁基丙烯酰胺为单体,合成了一系列不同组分的线性三元共聚物。通过测定在不同温度下的透射率研究了LCST.考查了聚合物浓度和盐的浓度对于其LCST的影响。研究结果发现:随着聚合物中憎水性组分的增加,其LCST的数值是下降的；随着聚合物浓度的增加,其LCST是下降的,而且在不同的浓度时,下降速率并不一样。相变温度随着聚合物浓度的增加而变得范围狭窄；盐的存在也使聚合物的LCST下降。
本文第五章用N-异丙基丙烯酰胺(NIPA)与甲基丙烯酸-β-羟乙酯(HEMA)进行反相悬浮聚合,合成了具有热敏性的水凝胶微球。元素分析表明:HEMA在共聚物中的组成高于合成时的投料比,红外光谱表征了共聚物的结构。从微球的表观密度、真密度、孔体积、孔度的测定及其扫描电镜图了解到,微球内部具有大孔结构。在不同温度下的溶胀度测定和DSC分析表明水凝胶有明显的热敏性,最后用返滴定的方法测定了羟基含量。如果在羟基的基础上进一步功能化,该工作合成的热敏性水凝胶微球将具有潜在的用作固相合成的载体。
本文第六章以半天然产物羟丙基甲基纤维素为原料,用二乙烯基砜将其交联合成了抗电解质的热敏性水凝胶,研究了此热敏性水凝胶在去离子水和几中不同盐水中的溶胀性能。研究发现:此类水凝胶比起离子性水凝胶在纯水中的溶胀度要小,而在盐水中的溶胀度要大,说明有较好的抗离子性。而当水中的离子强度到达一定程度时,水凝胶也表现出由盐引起的体积相变,即体积突然变小。在低离子强度而不同温度下溶胀度的测量表明水凝胶有一定的热敏性。
全文合成了五个系列的热敏性水凝胶,详细地研究了它们的某些线性共聚物的低临界溶液温度,考察了离子强度和pH值对于LCST的影响。测定了这些热敏性水凝胶的平衡溶胀度,溶胀速率,脱溶胀速率,初步探讨了水凝胶溶胀时的扩散机理。所合成的水凝胶同时具有较高的溶胀度和灵敏的热敏性能。这些水凝胶具备用作超强吸水剂和药物控制释放载体的应用前景。