温度敏感性水凝胶的研制与应用
水凝胶的应用和研究进展
水凝胶
水凝胶是一类具有亲水基团，能被水溶胀但不溶于水 的具有三维网络结构的聚合物。它在水中能够吸收大量的 水分显著溶胀，并在显著溶胀之后能够继续保持其原有结 构而不被溶解。
智能水凝胶能够感知外界刺激的微小变化，如温度、 pH值、离子强度、电场、磁场等，并能够对刺激发生敏 感性的响应，常通过体积的溶胀或收缩来实现。
结语
水凝胶是一种迅速发展的新型功能高分子材料。 对其环境敏感性行为的研究、发展和应用具有不可估 量的前途。
然而，大多数凝胶材料响应时间太长，力学性能 有待改善等限制了其实际应用，因此围绕凝胶材料性 能的改善还有大量工作要做。
化妆品
水凝胶面膜也叫凝水膜。顾名思义，其具有强大的凝集水 分的功能，它以水为分散介质，当把凝胶贴到皮肤上时， 受到体温的影响，凝胶内部的物理结构从固态变成液态， 并渗透到皮肤里。因此，在以水凝胶为基地材质的面膜内 注入胶原蛋白、透明质酸、熊果苷、烟酰胺等有效成分， 可制成多种功能的面膜。
相较于传统材质面膜，水溶性水凝胶的果冻状精华成分不 易蒸发、干燥，其退热舒缓的效果对急性皮肤损伤（如过 敏、长痘、擦伤）有良好效果。
水凝胶的研究进展
水凝胶所具有的优异性能已经并还在引起人们的广 泛兴趣，使其研究与开发、生产与销售得到长期发展。 然而，随着水凝胶应用领域的扩展而对其性能提出了更 高要求，研制和开发性能更为优良的高分子水凝胶材料 已成为目前的研究热点，其中环境敏感性高分子水凝胶 材料、超强吸水高分子水凝胶材料的吸液速率、耐盐性 和凝胶强度的提高则得到人们的广泛关注。
温敏性水凝胶
温度敏感性水凝胶的响应性依赖于温度的变 化，能感应温度的变化而改变自身的状态或溶胀 而收缩，在临界相转变温度发生体积突。根据水 凝胶溶胀比受温度的影响情况，可将其分为高温 收缩型水凝胶和低温收缩型水凝胶。高温收缩型 水凝胶在在LCST附近随温度升高而迅速下降，反 之升高。而低温收缩型水凝胶恰好相反。
温度／pH双重敏感水凝胶的研究进展
能 ，单 体浓度 、交联 剂 用 量 、引发剂 用量 和 反应温 度 对凝 胶 的溶 胀 度均 有 较 大影 响 。Ｌ ｅ 【】 用聚 ｅ 等 Ｈ采
化 。由于 智能 型水 凝胶 的这 种 独特 响应 性 ，其 在药
物 控制释 放 、传 感 器 、 记忆 元件 丌关 、组 织工程 等 方 面具有 很好 的应 用前 景 。随着对 高 分了材 料 功能 Ｎ 异 丙基 丙烯 酰胺 （ Ｐ 一 ＮＩＡ）是 一种常见 的温敏
要 求的 日益提 高 ，单 一智 能 型高分 子 材料 已 能满
性 单体 ，现 在常 用 的方法 就是将 一些 亲水性 的酸性
或 碱性 单体 如丙 烯酸 、丙烯 酰胺 、Ｎ． 甲基 丙烯酰 羟
胺 与 Ｎ． 丙基 丙 烯 酰 胺共 聚从 而 形成 同时具 有温 异
度 敏感 和 ｐ 敏感 的双 响应水 凝胶 ，为不 同给药途 Ｈ 径 和 目的提 供 了更 多的选 择 。 Ｈ ｆ ｎ０ 丙 烯 酸 引 入 具 有温 敏 性 的 Ｐ Ｐ ｏｆ ［把 ｍａ ］ ＮＩＡ 凝 胶 中 ，通 过 辐射 合 成 Ｐ （ Ｐ ＯＡ Ｃ） ＮＩＡ Ｃ — Ａ ，兼 具 ｐ 和温 敏 性 ，把 对 胃有刺 激 作 用 的吲哚 美辛 药包 Ｈ
的 Ｎ， 二 甲基 氨基 丙 基 甲基 丙 烯酰胺 为单 体 ， Ｎ一 以摩
尔 比 ９／ 比例 共 聚 ，形 成 的聚合 物 在 ｐ 为 ７４ ７３的 Ｈ ．
且 温度 为 ３ ℃时发 生相 变 ，含 水量变 化很 大 ， 岛 ７ 胰 素 在其 中 的释 放 发生 明显 改变 。殷 以华 等【】 了 】合成 ０ Ｎ 异 丙基 丙烯 酰胺 （ Ｐ Ａｍ） 甲基 丙烯酸 （ Ａ） ＮＩＡ 、 ＭＡ 与 ４４二 甲基 丙 烯 酰胺 基 偶氮 （ ， ． ＤＭＡ ＡＢ）交联共
温度敏感性材料基本原理及其应用
N-异丙基丙稀酷胺(NIPAM)是温敏型凝胶PNIPAM的最主要的组成部分。
NIPAM单体分子式为C6H11N0,常温下为白色片状晶体,溶点为60℃分子量为113.18。
它含有不饱和C=C双键,在水溶液中可以打开进行自由基聚合从而得到高分子量的聚合物。
NIPAM及聚合物的结构式如图1所示。
图1 N-异丙基丙烯酰胺单体及其聚合物的结构式NIPAM单体聚合后得到聚N-异丙基丙稀醜胺(PNIPAM),聚合物大分子侧链上同时存在着亲水性的醜胺基和疏水性的异丙基两部分。
一般而言,在常温下,亲水基团与水分子之间由于强烈的氧键作用力,使PNIPAM分子链溶于水。
随着温度的升高,部分氢键作用力逐渐减弱,而PNIPAM 高分子链中的疏水作用力不断增强[4]。
当达到一定温度时,在疏水基团的相互作用下,高分子链互相聚集,发生体积相转变,并吸收热量;但当水溶液温度降低时,它又能够可逆地恢复到原来的状态而发生溶胀。
这一相变温度称为低临界溶解温度(Low Critical Solution Temperature,LCST),也称为低相变温度或池点温度。
PNIPAM不管以线型还是交联形式存在,都会在低临界溶解温度处体积收缩发生相转变,展现出温度敏感性能。
在LCST附近,PNIPAM凝胶的其他性质如折射率、介电常数、表面能等也会发生突变,同时也具有可逆性[5]。
1.2.2 PNIPAM类温敏性高分子凝胶的温敏机理大多数研究者认为，PNIPAM具有温敏性能与其物质的结构有关。
PNIPAM分子内具有一定比例的疏水性的异丙基和亲水性的酰胺基。
在温度低于LCST时,PNIPAM高分子链中酰胺基与周围水分子间存在着强烈的氢键作用力(亲水作用力),使高分子链与溶剂具有较好的亲和性,此时PNIPAM高分子链呈现出伸展状态,即在LCST以下吸水溶胀。
温度上升,当温度升高至LCST 以上时,水分子与酰胺基之间的亲水作用力减弱,PNIPAM分子链中异丙基间的疏水作用力得以加强,当温度升高至LCST以上时,PNIPAM高分子链中的疏水作用逐渐加强并起主导作用,使得高分子链通过疏水作用互相聚集,形成疏水层,导致水分子排出发生相转变,此时高分子链由疏松的线团结构转变为紧密的胶粒状,产生温敏性。
壳聚糖交联温敏性水凝胶的制备与性能
第25卷第7期高分子材料科学与工程Vol .25,No .7 2009年7月POLYMER MA TERIALS SCIENCE AND ENGINEERINGJul .2009壳聚糖交联温敏性水凝胶的制备与性能于跃芹,许 洋,李延顺(青岛科技大学化学与分子工程学院,山东青岛266042)摘要:利用N -马来酰化壳聚糖(N -M ACH )为交联剂,以N -异丙基丙烯酰胺(N IPAA m )、衣康酸(IA )为单体,利用水溶液自由基聚合反应合成了P (NI PAAm -co -IA )水凝胶。
研究了水凝胶的相转变性质、低临界溶解温度(LCS T )和溶胀性能。
该类水凝胶在32℃左右具有明显的相转变特性,其LCST 随衣康酸用量的增加而增大,交联剂的用量对水凝胶的LC -S T 值无显著影响。
水凝胶的溶胀性能具有较为明显的温度依赖性和介质依赖性,其饱和溶胀度与N IPAA m /IA 的比例、交联密度及溶胀介质有关。
关键词:N -马来酰化壳聚糖;P (N IPAAm -co -IA )水凝胶;温敏性;溶胀性能中图分类号:T B381 文献标识码:A 文章编号:1000-7555(2009)07-0133-03收稿日期:2009-06-09基金项目:山东省自然科学基金资助项目(Y2006B10);青岛市科技计划基础研究项目资助项目(09-1-3-33-JCH )通讯联系人:于跃芹,主要从事生物高分子材料研究, E -mail :yueqinyu @qust .edu .cn 水凝胶是一种交联聚合物的溶胀体,能在水中溶胀且保持大量水分而又不溶解于水,不仅有着类似固体和液体的多种功能特性,而且有着自己独特的性能———外界环境改变时,水凝胶的体积发生突变。
具有这种对环境感应且应答性质的水凝胶被称为环境敏感性水凝胶———即智能水凝胶[1～4]。
聚N -异丙基丙烯酰胺水凝胶由于其侧链中既含有亲水性的酰胺基又含有疏水性的异丙基而成为一种典型的温敏性水凝胶,被广泛应用于药物释放体系、分离过程以及酶的固定化等方面[5]。
CS温敏性水凝胶的制备及性能研究的开题报告
Mpeg/CS温敏性水凝胶的制备及性能研究的开题报告一、研究背景随着人们对于水资源的需求不断增加，水资源管理和利用方式得到了越来越多的关注。
同时，随着科技的发展，新型材料的研究和应用也成为了人们关注的热点。
温敏性水凝胶作为一种新型材料，在水资源管理和利用方面有着广阔的应用前景。
目前，关于温敏性水凝胶的研究大多集中在PNIPAM及其共聚物方面，而MPEG/CS温敏性水凝胶的研究相对较少，因此开展本研究，有助于深入探究MPEG/CS温敏性水凝胶的制备及其性能，进一步拓展其应用领域。
二、研究内容及方法本研究将采用乳液聚合法制备MPEG/CS温敏性水凝胶，并对其结构和性能进行研究。
具体步骤如下：1. 制备MPEG及CS单体采用合适的合成路线和反应条件合成MPEG和CS单体，确保单体质量合格。
2. 制备MPEG/CS温敏性水凝胶将MPEG和CS单体以一定比例加入水中，加入表面活性剂并进行乳化。
然后加入引发剂，进行聚合反应，制备MPEG/CS温敏性水凝胶。
3. 分析MPEG/CS温敏性水凝胶结构及性能采用红外光谱法、扫描电镜等手段，分析MPEG/CS温敏性水凝胶的结构和形貌。
考察其在不同温度下的体积膨胀度和吸水量等性能，并研究其对溶剂和离子的响应。
三、研究意义和创新点1. MPEF/CS温敏性水凝胶的制备和性能研究，为该材料在水资源管理和利用领域的应用提供了技术和理论支持。
2. 本研究采用乳液聚合法制备MPEG/CS温敏性水凝胶，相对于传统方法具有简单易行、操作条件温和等优点。
3. 本研究对于MPEG/CS温敏性水凝胶的结构和性能进行了深入探究，为该材料的应用提供了更为科学的依据。
四、预期成果1. 成功制备MPEG/CS温敏性水凝胶，并分析其结构和形貌。
2. 研究MPEG/CS温敏性水凝胶在不同温度下的体积膨胀度和吸水量等性能。
3. 探究MPEG/CS温敏性水凝胶对溶剂和离子的响应，并比较其与PNIPAM及其共聚物的不同之处。
β-甘油磷酸钠温敏性水凝胶的制备与表征的开题报告
壳聚糖/β-甘油磷酸钠温敏性水凝胶的制备与表征的
开题报告
一、研究背景
温敏性水凝胶是指在温度改变时形成可逆的胶态和溶态转变现象的聚合物体系，这种物质具有良好的应用前景，可以应用于吸附和释放、药物输送、细胞培养等方面。
壳聚糖和β-甘油磷酸钠作为生物高分子材料，由于具有温敏性和生物相容性等优点，被广泛地应用于人工骨骼、组织工程等领域。
二、研究目的
本研究旨在制备壳聚糖/β-甘油磷酸钠温敏性水凝胶，并进行表征，以确定其物化性质和应用潜力。
三、研究方法
1.壳聚糖和β-甘油磷酸钠的制备
壳聚糖和β-甘油磷酸钠的制备采用化学合成的方法，通过调整反应条件来控制制备的产品形态和性质。
2.壳聚糖/β-甘油磷酸钠水凝胶的制备
将制备好的壳聚糖和β-甘油磷酸钠加入到缓冲液中，在一定温度范围内进行自组装反应，形成水凝胶。
3.物化性质的表征
运用FTIR、模型荧光染料、扫描电子显微镜（SEM）等技术对水凝胶的物化学性质进行分析表征。
四、研究意义
壳聚糖/β-甘油磷酸钠水凝胶具有多种应用前景，如可作为药物载体进行缓释、可作为生物医学材料用于骨骼修复、可作为光敏感材料制作3D打印等，因此本研究的结果有利于该材料的进一步应用推广。
温敏性水凝胶的研究进展
温敏性水凝胶的研究进展
温敏性水凝胶是一种特殊的材料，其结构可以随温度的变化而发生改变。
在低温下，温敏性水凝胶具有较高的溶胀度和可逆的水合能力，而在高温下，温敏性水凝胶可以吸收和释放溶液中的物质。
由于其独特的性质和广泛的应用前景，温敏性水凝胶的研究领域得到了广泛的关注和研究。
1.合成方法的研究：研究者们通过改变合成条件、添加不同的功能单体和交联剂等途径，设计和合成出具有特定功能和性能的温敏性水凝胶。
常见的合成方法包括自由基聚合、原子转移自由基聚合、原子转移自由基聚合等。
目前，研究者们已经成功合成出了许多结构和功能上具有特殊性质的温敏性水凝胶。
2.环境响应性能的研究：通过调节温度、pH值、离子浓度等外界环境因素，研究者们可以控制温敏性水凝胶的水合度、溶胀度、释放性能等重要性能参数。
在这方面，研究者们已经开展了大量的实验和理论研究，取得了重要的进展。
3.应用研究：由于温敏性水凝胶具有独特的响应性能和结构特点，其在生物医学、环境保护、智能材料等领域具有广泛的应用前景。
目前，研究者们已经利用温敏性水凝胶开发出了一系列的应用产品，如智能药物递送系统、可控释放材料、智能触觉材料等。
4.纳米技术在温敏性水凝胶上的应用：纳米材料由于其特殊的尺寸效应和表面效应，可以提供更高的比表面积和更好的生物相容性，从而使温敏性水凝胶的性能进一步得到优化。
近年来，研究者们已经利用纳米技术在温敏性水凝胶上进行了广泛的研究，并取得了很多重要的进展。
总之，温敏性水凝胶的研究是一个非常活跃和富有挑战性的领域。
随着材料科学和生物医学领域的发展，相信温敏性水凝胶将会在更多的领域展现出其巨大的应用潜力。
温敏型水凝胶的制备与性能研究
ｂ ｙ Ｆ Ｔ Ｉ Ｒ． Ｂｅ ｓ ｉ ｄ ｅ ｓ ， ｔ ｈ ｅ ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｇ ｅ ｌ ’ Ｓ ｓ ｗｅ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ ｒ ａ ｔ ｉ Ｏ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍｏ ｓ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｙ ａ ｔ ｒ ｏ ｏ ｍ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ（ ２ ５ ｏ Ｃ） ｗｅ ｒ ｅ ａ ｌ Ｓ Ｏ
ｔ ｅ ｓ ｔ ｅ ｄ．
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄｓ ：ｐ ｏ ｌ ｙ ｏｘ ｙ ｅ ｔ ｈ ｙ ｌ ｅ ｎ ｅ ｌ ａ ｕ ｒ ｙ ｌ ｅ ｔ ｈ ｅ ｒ ； ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｇ ｅ ｌ ； ＦＴＩ Ｒ； ｔ ｈ ｅ ｒ ｍｏ ｓ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｙ
月桂醇 聚氧 乙烯 醚是一 种典 型的非 离子 表面 活性 剂 ，
实 验仪 器厂 。
属于脂肪醇聚氧乙烯醚， 具有浊点的特性， 在加热条件下， 可由清晰变浑浊， 溶解度降低。 利用这一特性 ， 可制备温敏 性的水凝胶。 本文主要讨论了月桂醇聚氧乙烯醚／ 丙烯酸共
聚酯 、 丙烯 酸与丙烯酸 丁酯共聚 水凝 胶的合成 及性 质。
１ ． ３ 水凝胶的合成方 法
在装 有搅拌 器 的２ ５ ０ ｍＬ Ｚ颈 烧瓶 中加 入计 量好 的月桂
醇聚氧乙烯醚 （ 聚合度分别为 ３ 、 ４ 、 ７ 、 ９ ） 与丙烯酸 ， 依次加
入一定 量 的对 苯二 酚、 对 甲苯 磺 酸 ， 搅 拌 均 匀， 密封三 颈 烧 瓶。 １ １ ０℃下， 采用醇 酸缩 合方 法合成ＭＯ Ａ ／ 丙烯 酸共聚 酯。
１ ． ４ 分 析测试
１ ． ４ ． １ 常温下凝胶溶胀率的测定 常温下， 将一定量的凝胶浸入特定浓度的Ｎ ａ Ｏ Ｈ 溶液 中， 定时取出凝胶， 用滤纸拭去表面吸附的水分后， 准确称 取湿凝胶的重量 （ Ｗ ） ， 浸泡前凝胶的重量记为 （ ｗ ） ， 按下 式计算水凝胶的溶胀比 （ Ｓ ） 。
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温度敏感性水凝胶的研制与应用
杨晶琎
（四川理工学院材料科学与化学工程学院）
摘要：聚N2异丙基丙烯酰胺(PN IPA)凝胶的研究概况，包括其在化工、医药、纺织等行业中的应用。
Gather N2 isopropyl acrylamide gel (IPA) PN the research situation, including its in chemical industry, medicine, textile, etc.
关键词：水凝胶敏感性热敏性温度
Key words: gel intelligent materials prospects biological
水凝胶热敏性的相关转变与研究：首先观察到水凝胶热敏性的是Tanaka等人[1],用N ,N - 次甲基双丙烯酰胺交联的聚丙烯酰胺的水凝胶的溶胀性能在某
一临界温度附近,随温度的微小变化,其体积变化可达几十至几百倍。
后来人们发现温度对其的影响很大，并称其为热敏性。
1984年Hirokawa等在非离子水凝胶中也发现了这种相转变, Hoffman和Freltas等也证实了非离子性的聚(N ,N - 二乙基丙烯酰胺)水凝胶和聚(N-异丙基丙烯酰胺)水凝胶的热敏性相转变[1-3]。
所以:敏感性相转变成为一种普遍性。
热敏性水凝胶的这种相转变过程无法用传统的高分子理论,如Flo ry-Huggins 模型来解释,而只能用相转变过程中水凝
胶骨架上亲水基团、憎水基团以及水之间的相互作用来解释。
目前较容易被人接受的观点是水凝胶的敏感性相转变是由交联网络的亲水———缩水性平衡受外界条件变化而变化引起的。
定性上来看，水凝胶的溶胀过程是水分子向凝胶内部扩散与凝胶侧链上亲水基团形成氢键的过程，当温度升高时,氢键振动能增加,破坏氢键的束缚，使之断裂，水凝胶溶胀比则明显减少。
这是一个吸热过程，因为大量的结合水从高分子骨架上脱离出来,使水凝胶———水体系熵增加。
许多研究者通过各种热力学理论对水凝胶的各种敏感性进行了解释[ 7 ,8 ]其中
与实验现象符合较好的是Ilavsky 等人修改的由Flo ry 提出的平均场理论,但这一理论不能预测发生敏感性相转变时的温度、p H 值、盐浓度、介质组成浓度等。
Tanaka 等通过测定聚合物链的持续长度b和有效半径a之比(即代表聚合物链刚性的度量)与敏感性之间的关系,提出了下面的半经验参数S作为有无敏
感性的判定依据[ 5 ,6 ]。
S = ( b/ a)4×(2 f + 1)4式中, f 代表单位有效链上可离子化基团的数目。
S > 290 时,水凝胶会发生敏感性相转变。
这一理论的半经验公式中虽然涉及了交联网的结构因素,但仍未能很好地解释敏感性机理。
目前水凝胶敏感机理仍处在不断的发展和完善中,这一问题的解决无疑将为敏感性水凝胶的研究开拓到分子设计的领域打下基础。
二. 热敏性水凝胶的应用：由于热敏性水凝胶随温度的变化能快速吸收和释放水而体现其开关性能,因此在生物化学、机械、医学等许多领域中具有广泛的应用前景。
1.Hiroo 等[4]研制的偏二氟乙烯膜经PN I2PAAm 及其共聚物表面接枝,在温度低于33 ℃时(33 ℃是N IPAAm 的低沉淀温度(L PT) ,接枝链溶剂化,其一端固定于基膜,另一端以无规旋转链的形状伸入溶液,在膜孔周围向孔壁扩散而封闭孔口;温度高于L PT ,接枝链收缩并沉积于膜面,孔口开放.这样,接枝聚偏氟乙烯膜响应温度变化调整孔的“开”与“关”显然这种“化学阀”技术有其应用前景.
2.固定化酶Hoshino 等[ 10]在碱性条件下将淀粉酶固定在N IPAAm 和甲基丙烯酸缩水甘油酯的共聚物膜上,发现固定化酶的活力是自由酶的90 % ,并可从产物中分离复原而重复使用. 由于膜具有温度敏感性,酶的活力也可随温度表现为“开”、“关”的性质.
3.感应元件广泛应用于生产工艺控制、环境监测等方面. 90 年代,以光纤技术与智能高分子膜相结合的光学传感器代表了传感器技术的发展方向. 不同的感应膜的传感器特性各异.利用静电相互作用、π电子交换作用、氢键、疏水性相互作用等分子间作用,实现选择性结合,分子链构象、分子聚集态以及膜表面特性也可感知环境变化.宏观上表现为传感、选择性渗透、分离,还可制成新型讯息元件[ 11 ]M . Konno 等[9]用多孔玻璃和PN IPAAm 水凝
胶制备具有“开关”能力的温度敏感超滤膜,它能通过分子的分子量和溶液的渗透速度在LCST 上下会迅速发生改变.这类膜能够通过温度控制分离不同尺寸的分子,有更高的选择透过性. 将N IPAAm 与乙烯基二茂铁共聚,再涂上一层电解质,这样制得的膜具有将温度信息转化为电化学信息和可用来控制膜相变和相变温度的功能.氨基甲酸乙酯/ 丁二炔共聚物膜的拉曼光谱能反映应力的大小。
4. 仿生及医学技术人工器官和药物释放体系仿生技术中应用最广泛的智能高分子膜为LB膜,它仿照细胞膜脂质双分子高度有序排列结构,利用特殊响应性形态变化执行一定功能. 东芝基础研究所成功地制成了人工视网膜. 与此对应的具有仿鼻嗅觉功能的味觉膜正在研制中.G. Mario 等[ 11]用二甲基氨基乙醇丙烯酸甲酯和丙烯酰胺共聚,制成了温敏药物控制释放体系.T. Nonaka 等[ 12 ]将N IPAAm 接枝到聚乙烯醇膜上,制成温敏膜,发现该接枝膜在N IPAAm LCST 33 ℃上下能控制溶剂的渗透性,可用于微囊.陈贻炽[13]将少量N IPAAm 与少量甲基丙烯酸烷酯( RMA ) 共聚,制成了热敏共聚膜,当温度在20～30 ℃之间变化时,会自动地“开启- 关闭”药物释放。
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