pH及電場敏感凝膠的合成與表征.pdf

1、本文介紹幾種pH及電場響應(yīng)性凝膠的合成，以丙烯酰胺(AM)單體為基礎(chǔ)，通過共聚、改性、改變合成體系等方法制備新型的智能凝膠，并對凝膠的溶脹性、熱學(xué)性能、力學(xué)性能、pH和電場響應(yīng)性等方面進行表征，以研究凝膠的各種性能。 以丙烯酰胺(AM)、甲基丙烯酸(MAA)為主要原料，在80℃水溶液中通過交聯(lián)聚合制得聚丙烯酰胺/甲基丙烯酸[P(AM-co-MAA)]共聚凝膠。通過傅立葉變換紅外光譜(FTIR)表征共聚凝膠結(jié)構(gòu)?？疾觳煌琈AA含量

2、對凝膠吸水溶脹性的影響，以及在不同pH溶液中的溶脹速率。研究了充分溶脹的凝膠在鹽溶液中退溶脹速率，以及pH=2與pH=12間變換時的響應(yīng)速率。用掃描電鏡(SEM)對酸堿條件下的凝膠表面形貌進行觀察。結(jié)果表明，MAA含量越高其平衡吸水溶脹率越大、速率越快。隨著pH的增大，凝膠的溶脹率呈上升趨勢。在鹽溶液中的退溶脹過程中，其退溶脹速率隨溶液的離子強度的增大而加快，當(dāng)達到一臨界濃度后離子強度對退溶脹速率不再影響；而且鹽溶液中陽離子的電荷數(shù)對退

3、溶脹速率有一定的影響，較含Na<'+>離子的溶液相比，在含Ca<'2+>的溶液中退溶脹率更快。在不同pH間變換時，退溶脹響應(yīng)時間為75min，溶脹響應(yīng)時間為230min，在攪拌作用下，響應(yīng)速率會加快。 對P(AM-co-MAA)凝膠進行磺甲基化改性，通過傅立葉變換紅外光譜(FTIR)對其結(jié)構(gòu)進行表征。比較了改性前后凝膠在平衡吸水溶脹率、溶脹速率、不同pH溶液中溶脹速率、pH=2與pH=12間變換時pH響應(yīng)速率等方面的差異。結(jié)果表

4、明，凝膠網(wǎng)絡(luò)由于磺甲基化作用引入了-SO<,3><'->，平衡吸水溶脹率提高，改性后初始溶脹速率明顯提高。在不同pH溶脹過程中，其速率也顯著加快，在pH=2中平衡溶脹率是先前的5.5倍。不同pH間變換時，退溶脹響應(yīng)時間減慢，而溶脹響應(yīng)時間加快。 分別在水體系以及水．離子液體(IL)混合體系合成聚丙烯酰胺/二甲基二烯丙基氯化銨[P(AM-co-DADMAC)]凝膠。研究了兩種的凝膠的吸水溶脹性以及不同pH溶液中的的溶脹性，考察了在

5、水系制備的凝膠充分溶脹后在含不同陰離子鹽溶液中的退溶脹速率。在水系中制備凝膠時加入PVA以得到半互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的凝膠，并用掃描電鏡(SEM)對前后的凝膠表面形貌進行觀察。通過萬能材料試驗機測定加入PVA及IL后凝膠力學(xué)性能的變化。采用差示掃描熱分析(DSC)對在水中及水-IL混合體系中制備的凝膠熱學(xué)性能進行表征。研究表明，在水-IL混合體系中制得的凝膠平衡吸水溶脹率大大提高，當(dāng)IL/AM質(zhì)量比為1：1時，前后的平衡溶脹率分別為：70、15

6、0。加入PVA及IL后，凝膠的韌性的到較大提高，未加的凝膠在形變約63％時破裂，而加入后形變達80％時仍保持完好。在水-IL混合體系中制得的凝膠在40℃-200℃時，出現(xiàn)相態(tài)變化，玻璃化溫度Tg隨IL含量的增加而降低。而在水中合成的凝膠無相態(tài)變化，一直處于吸熱狀態(tài)。通過自制裝置測試凝膠電敏性，測定所制備凝膠在直流電場作用下的響應(yīng)特性。考察了凝膠中高分子鏈的電離基團、電解質(zhì)溶液離子強度及種類、電場大小對凝膠電敏性的影響。研究結(jié)果表明，凝膠