聚n异丙基丙烯酰胺加工方法
聚N-异丙基丙烯酰胺凝胶的研究
聚N-异丙基丙烯酰胺凝胶的研究摘要：聚N-异丙基丙烯酰胺凝胶作为一种温度敏感型智能水凝胶受到广泛关注。
而其力学强度低，温度响应速率慢，相转变过程中易于发生微粒的团聚是该凝胶一直存在的主要问题。
本文针对上述问题，对目前的研究现状进行了比较分析，提出解决凝胶主要问题的途径和方法。
关键词：聚N-异丙基丙烯酰胺，智能高分子，热敏材料引言热敏性高分子材料是一类对温度刺激具有响应性的智能高分子材料。
其分子链中常含有醚键，取代的酰胺、羟基等官能团，如聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)，聚氧化乙烯醚(PEO)、聚乙烯吡咯烷酮等。
其中，N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)类聚合物由于其广阔的应用前景成为当前热敏性高分子材料研究的热点。
1聚N-异丙基丙烯酰胺凝胶相变机理PNIPAM水凝胶在其最低临界溶解温度(LCST)附近存在可逆的不连续的体积相转变。
当环境温度稍稍高于LCST时，其体积会突然剧烈收缩；当环境温度降到LCST以下时，水凝胶会重新溶胀。
PNIPAM温敏性与其分子结构中的疏水性异丙基和亲水性酰胺基有关，它们分别位于凝胶网络中亲／疏水区域，且存在亲／疏水平衡。
这一高分子体系中存在两种氢键：水分子与高分子链之间的氢键和高分子链之间的氢键。
当外界温度低于LCST时，两种氢键的相互协调作用使得疏水基团周围形成一个稳定的束缚水分子的水合结构。
随着温度升高，水合结构破坏，疏水基团间的作用占主导，使凝胶中的束缚水变成自由水分子并向外扩散，凝胶发生相分离，内部结构塌陷，体积剧烈收缩，即水凝胶的温敏性相转变是由交联网络的亲／疏水性平衡受外界变化而引起的。
2聚N-异丙基丙烯酰胺凝胶存在的主要问题聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)水凝胶作为一种温度敏感型智能水凝胶，广泛用于药物控制释放、生物传感器、物质分离等领域。
PNIPAM水凝胶的实际应用中主要存在三个方面的问题亟待解决。
一是温度敏感性的响应速率较低，需要提高；另一个问题是凝胶微球比较容易发生团聚，导致相变程度降低，影响变色功能。
聚(N-异丙基丙烯酰胺)／黏土纳米复合水凝胶的制备及溶胀行为研究
关键 词 ： 纳米复合水凝胶； Ｎ一 聚（ 异丙基丙烯酰胺）无机黏土； ； 消溶胀行为 中图分类 号 ：０６１ ３ 文献标 志码 ： Ａ
Ｓｔ ｄ ｎ ｔ ｅ Ｐｒ ａ ａ ｉ ｎ ａ ｄ Ｓｗｅｌｎ ｈ ｖｉ ｓ ｏ ｕ ｙ ｏ ｈ ｅｐ ｒ ｔｏ ｎ ｇ Ｂｅ ａ ｏｒ ｆ ｌ ｉ
摘 要 ： 以无机黏土作为交联剂制备了 新型聚（ 异丙基丙烯酰胺）黏土纳米复合水凝胶（ ＮＰ ／ Ｉ ） 对其结 Ｎ一 ／ Ｐ １Ａ ｃａ ， ｙ
构 、 度敏 感性 和 消溶胀 行 为 等进行 了 究． 温 研 透射 电子 显微 镜 （ Ｅ ） 扫 描 电镜 （ Ｅ 表 明 ， 机黏 土被 剥 离成 纳 米 ＴＭ 和 Ｓ Ｍ） 无 尺 寸 的片层 ， 匀分 散在 凝 胶 网络 中 ， 交联 荆 的 作 用． Ｎ Ｐ ／ ｌ 均 起 Ｐ Ｉ Ａ Ｃａ 米复 合 水 凝 胶 表 现 出 良好 的 温敏 特性 ， 体积 ｙ纳 在
ｓ ｎ ｉｉｉ ｅ ｓｔ ｔ ａ ｄ ａ ｂ ｕ ｔ ｄ ｃ ｅ ｓ ｆ ｓ ｌｎ ｒｔ ａ ｅ ｏ ｓ ｒ ｅ ｒ ｕ ｄ Ｖｏ ｕ ｅ Ｐｈ ｓ ａ ｓｉｎ ｖ ｙ。 ｎ ｎ ａ ｒ ｐ ｅ ｒａ ｅ Ｏ ｗｅｌ ｇ ａ ｉ ｃ ｎ ｂ ｂ ｅｖ ｄ ａ ｏ ｎ ｌｍ ａ ｅ Ｔｒ ｎ ｔ ｉ ｏ ｏ
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第３ ３ 第 ６｛ ｝ Ｊ
２０ 年 １ １ ０７ ２Ｊ ］
东 华 大学 学报 （ 自然 科学版 ）
Ｖ０ ． ３．Ｎｏ ６ １３ ．
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Ｊ） ＮＡＩ（Ｆ Ｉ ） （ＵＲ ） ） ＮＧＨＵＡ ＵＮ１ Ｒ １、 ＮＡ－ （ ＶＥ Ｓ３Ｙ（ ｒ ＵＲＡＩ ＣＩ ＮＣ ） Ｓ Ｅ Ｅ
ｐ ｅ ａ ｅ ｓｎ ｎ ｒ ａ ｉ ｃａ ｓａ ｃｏ ｓｉｋ ｒ Ｔｈ ｒ ｈ ｌｇ ， ｔｍ ｐ ｒ ｔ ｒ ｅ ｐ ｎ ｉｅ ｂ ｈ ｖｏ ｓ ａ ｄ ｒ ｐ ｒ ｄ ｕ ｉｇ ｉ ｏ ｇ ｎ ｃ ｌｙ ａ ｒ ｓ ｌ ｅ． ｎ ｅ ｍｏ ｐ ｏｏ ｙ ｅ ｅ ａ ｕ ｅ ｒ ｓ ｏ ｓｖ ｅ ａ ｉｒ ｎ
咪唑类离子液体中聚(N-异丙基丙烯酰胺)凝胶的体积相变行为
第37卷第11期高分子材料科学与工程Vol.37,No.11
2021年11月POLYMERMATERIALSSCIENCEANDENGINEERINGNov.2021
咪唑类离子液体中聚(N-异丙基丙烯酰胺)凝胶的体积相变行为
邓亚珍1,刘 壮1,2,巨晓洁1,2,汪 伟1,2,谢 锐1,2,褚良银1,2(1.四川大学化学工程学院;2.四川大学高分子材料工程国家重点实验室,四川成都610065)
摘要:通过热引发的方法制备了聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)水凝胶,对PNIPAM水凝胶进行真空冷冻干燥与溶
剂置换后得到PNIPAM离子液体凝胶。通过扫描电镜(SEM)及温敏平衡体积溶胀实验分别表征了PNIPAM凝胶的微观结构和PNIPAM凝胶在真空干燥前后的离子液体中体积相变行为。SEM结果表明,真空冷冻干燥后的PNIPAM凝胶具有大量微米级网络结构;温敏平衡体积溶胀实验表明,相同温度下PNIPAM离子液体凝胶的平衡体积随着离子液体阳离子上取代烷基的增长而增大,与真空干燥后的离子液体中的体积相变行为相比,在未真空干燥的离子液体中,PNIPAM离子液体凝胶在低温下的平衡体积显著减小、体积溶胀比增大。说明阳离子取代烷基链的增长有利于PNI-
PAM在离子液体中的溶胀,且水分对其体积相变行为有较大影响。
关键词:聚(N-异丙基丙烯酰胺);离子液体;体积相变;凝胶
中图分类号:TQ427.2+6 文献标识码:A 文章编号:1000-7555(2021)11-0001-05
doi:10.16865/j.cnki.1000-7555.2021.0306收稿日期:2021-07-06
基金项目:中国科协青年托举人才计划(2018QNRC001)
通讯联系人:刘壮,主要从事智能材料与膜器件研究,E-mail:liuz@scu.edu.cn
温度响应型水凝胶在生物医药、催化、自驱动材料及传感等多个领域获得了广泛研究[1~5]。但是其在应用过程中存在水分易挥发的问题。根据分散介质的不同,凝胶可分为水凝胶、离子液体凝胶及有机凝胶等[6]。聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)是一种常用的温度响应型聚合物材料,有研究指出PNI-PAM交联聚合物在离子液体1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐([C2mim][NTf2])中具有低温体积收缩、高温体积溶胀的体积相变行为[7]。其中离子液体由有机阳离子和无机或有机阴离子构成,具有不同于水和有机溶剂的优异物理化学性质,如不燃烧、蒸汽压低、热稳定性和化学稳定性好、离子电导率高及液程范围宽等优点,因此可以很好地解决水凝胶在敞开环境及高温环境中长时间使用所存在的挥发性问题,同时赋予相变体系良好的离子导电性与热稳定性[8~10],具有一定的研究价值。在PNIPAM离子液体凝胶的应用中,通常有不同的相变温度要求。与PNIPAM聚合物在水中的相变温度的调节类似,对于PNIPAM在离子液体中的相变温度的调节,已有研究者指出可通过将N-异丙
稀水溶液中羧甲基壳聚糖与聚N-异丙基丙烯酰胺的复合行为
ａ级 分 ２ｂ 级 分 ５ 配 比 １ ： ；： ； ：
： ． 配 比 ３： 【 ｏ８； Ｐ ＾
Ｐ ０ 配 比 ２ ｗｏ Ｎ Ⅱ ； ： Ｊ
踟 珥． ８
较 大 分 子 量 的 Ｐ ＩＡ与 Ｃ Ｓ的 混 合 体 系 表 现 出 ＮＰ ＭＣ 的 现象 更 为显 著 。原 因 可 能是 ， 着 配 比的增 大 ， 随 体 系 中Ｃ Ｓ ＭＣ 的量 增 加 ， Ｎ Ｐ Ｐ ＩＡ链 几乎 完 全 参 与 与 Ｃ Ｓ 复 合 ，使 Ｐ Ｉ Ａ链 蜷 曲 时所 需 能 量 增 加 ， ＭＣ 的 ＮＰ
为０８ ， ＭＣ 与Ｐ ＩＡ之 间 的复 合几 乎 达 到 ．时 Ｃ Ｓ Ｎ Ｐ
最大 程度 。随 着质 量 比 由０ 加 到７２ 增 ．，不 同级分 的 Ｐ ＩＡ 应 的复合溶 液 的Ｌ Ｓ 都 有增 大 ， 明Ｃ Ｓ ＮＰ 对 ＣＴ 表 ＭＣ
骨 架 上 的 亲 水 性 基 团 ． 如 羧 基 、羟 基 、 酰 胺 基 与
的 缠 结 程 度 较 高 ，ＮＰ Ｐ ＩＡ链 收缩 受 到 限 制 ：相 反 。 分 子 量 小 的Ｐ ＩＡ与 Ｃ Ｓ 间 的缠 结 程 度 较 小 ． ＮＰ ＭＣ 之
Ｐ ＩＡ链 自由度 相 对 较 高 ，从 而 在 升 温 过 程 中容 ＮＰ 易 蜷 曲 。 生 相 变 产 图３ 混 合 体 系Ｌ Ｓ ￣ 应 体 系 中组 分 质 量 比 为 ＣＴ
１４ Ｐ ＩＡ溶液 和ＣＭＣＳ Ｐ Ｐ 。 Ｎ Ｐ ／ ＮｌＡ复合 溶液 的配制 配 制 Ｐ ＩＡ水 溶 液 浓 度 为２０ １ ～ ／ ． ＭＣ ＮＰ ．Ｘ ０ ｇ ｍＬ Ｃ Ｓ 水 溶液浓 度 为２５ ｌ －／ｌ ．ｘ Ｏ３ｒＬ ｇｌ Ｃ ＳＰ ＩＡ混合 溶液 的配 制 ： ｌ Ｌ Ｐ ＩＡ ＭＣ ／Ｎ Ｐ 取 ｍ Ｎ Ｐ 溶 液 至 １ｍＬ ０ 容量 瓶 中 。 取一 定量 的Ｃ Ｓ 液 ． 蒸 再 ＭＣ 溶 用
快速响应的聚(N-异丙基丙烯酰胺)水凝胶的合成及性能
将单 体 Ｎ１ Ａ、 Ｐ 交联剂 Ｂ Ｓ和 Ｃ Ｉ ＭＣ溶 于去
离 子水 中， 通 人 Ｎ 在 。的 条 件 下 机 械 搅 拌 ２ ０
ａ ｎ后 ， 人 引发剂 ＡＰ ， ｒｉ 加 Ｓ 继续 通人 Ｎ ， 再加 人
本文 以羧 甲基纤 维素 的水 溶 液为反 应介质
合 成 了新 ： 型的具 有 非 均相 结 构 的 、 速 响应 的 快
ｍ Ｐａ・ 。 Ｓ
应 用 ， 多学 者针 对如 何 制备 快速 响应 的 Ｐ — 许 ＮＩ
Ｐ 水凝胶 展 开 了． Ａ 一系列 研究 ［ 。 ｈ ｋ 和 Ｇｅ ｒｅ Ｈｏｆ ｎｕ 采 用相 分 离 技术 合 成 了 具有 非均 ｆ ｍａ ・等
桐结 构的快 速 响应 Ｐ Ｐ 水 凝胶 。Ｏｋ ｎ ［ ＮＩ Ａ ａｏ
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第２卷 期 ２ 第５
２０ 年 ９ｑ ０６
高分 子 材料 科 学 与工 程
Ｐ ） ＹＭ ＥＲ ＡＴＥ Ａ１ ＣＩ （ｌ Ｍ ＲＩ Ｓ ＥＮＣＥ ＡＮＤ Ｓ ＥＮＧＩ ＥＲＩ ＮＥ ＮＧ
ｖ１２ 。 。２Ｎ． ， ５
Ｓ ｐ ．２ ０ ｅｔ ０６
胶 剧然收缩 ， 去大 量 的水 ， 生相 分 离 。Ｐ — 失 发 ＮＩ
Ｎ一 丙基 丙烯 酰胺 （ Ｐ ： ｒ ｓ公 司产 异 ＮＩ Ａ） Ａｃｏ
品 ， 苯一 己烷 （ 量 比 １：１ 混合 溶 剂 重 结 用 正 质 ） 晶 ； Ｎ 一 甲基 双 丙 烯 酰胺 （ Ｉ ） 过 硫 酸 铵 Ｎ， 亚 ＢＳ 、
快 速 响应 的聚 （ 异 丙 基 丙 烯 酰胺 ） Ｎ一 水 凝 胶 的合 成 及 性 能
秦 爱香 ，吕满 庚 ，刘群 峰 ，张 平 。 。 。
ｔ．｛闭科 学 院 ， 州 化 学 研 究 所 ． 东 ，州 ５ ０ ５ ；２ 中 科 学 院 研 究 生 院 ，北京 】 ０ ３ ） １Ｉ 】 、 ‘ 广 １ ｌ６０ 。 ０ ０ ９
光化学合成快速响应聚(N,N-二甲基丙烯酰胺-co-N-异丙基丙烯酰胺)水凝胶
１ 实验 部 分
１ １ 原 料 和 仪 器 ．
是 由于高分 子水 凝胶环 境刺激 响应这 一智能 化功 能， 使其在许 多领 域得 以广泛 的研究 和应用 ． 中 其
尤为受 到 关 注 的是 Ⅳ一 丙 基 丙 烯 酰 胺 （ ＩＡ 异 ＮＰ ｍ）
Ⅳ， 一 甲基 丙烯 酰胺 （ Ｍ Ａ ， 京 瑞 博龙 Ⅳ二 Ｄ Ａ ）北
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第９ 期
２０ 年 ９月 ０７
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Ｎｏ． ９ Ｓ ｐ． ０ ７ ｅ ，２ ０
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光化 学合成 快 速 响应 聚 （ Ⅳ． 甲基丙 烯酰胺 ．Ｏ Ｎ． Ⅳ， 二 Ｃ ． 异丙 基 丙烯酰胺 ） 水凝 胶
烷 ， 品 名 为 Ｉ ａｕｅ９９ Ｃｂ 商 ｒ ｅｒ ５ ， ｉ ｇ ２ ａ公 司 出 品 ； 化 氯
钠 ， 析纯， 分 天津 市永 大 化学 试 剂开 发 中心 出 品； 蒸馏 水 ， 验 室 自制 ． 源 采 用 Ｂ Ｇ ２０型 日本 实 光 Ｈ 一５
产 ３ ０Ｗ 紫外 光源 （ ｅｒ Ｐｅｉｏ ｎ ． ， 强程 ３ Ｍ ｊｏ ｒ ｓ ｎＩｃ ） 光 ｉ ｃ ｉ 序可 调 ． ｖ Ａ 型 紫外 辐 照 计 ， 感 波 长 范 围 ３５ ｕ — 敏 ６
异 丙 基 丙 烯 酰 胺 （ ＩＡ ） ＮＰ ｍ 的交 联 共 聚 ， 备 了两 种 不 同结 构 的 Ｐ Ｄ Ａ －ｏＮＰ ｍ） 聚 物 水 凝 胶 ． 两 种 温度 制 （ Ｍ Ａ ｃ— ＩＡ 共 对 下 制 备 的 Ｐ Ｄ Ａ ｃ一 ＩＡ 共 聚物 水 凝 胶 的 网络 结 构 、 胀 与 消 溶 胀 速 率 和 温 度 敏 感 性 等 方 面进 行 了 比较 （ ＭＡ ．０ＮＰ ｍ） 溶 研 究 ． 果 发 现 ，０Ｃ 制 备 的 Ｐ Ｄ Ａ —０ＮＰ ｍ 共 聚物 凝 胶 具 有较 为疏 松 的 网络 结 构 和 相 对较 快 的溶 胀 速 结 ５ ￣下 （ Ｍ Ａ ｃ一 ＩＡ ） 率 及 温 度 响 应 特性 ． 化 学 合成 方法 较 传 统 的 热 聚合 制 备 方 法 具 有 简 便 、 捷 的特 点 ， 成 过 程仅 需 ２ｍｎ 光 快 合 ｉ． 关 键 词 Ⅳ， ． 甲基 丙 烯 酰 胺 （ Ｍ Ａ ，Ｎ 异丙 基 丙 烯 酰 胺 （ ＩＡ ） Ⅳ二 Ｄ Ａ） ． ＮＰ ｍ ，光 化 学合 成 ，温敏 性 水 凝 胶
阳离子聚丙烯酰胺生产工艺
阳离子聚丙烯酰胺生产工艺
阳离子聚丙烯酰胺生产工艺通常采用以下步骤：
1. 原料准备：将所需的丙烯酰胺、异丙醇、过氧化氢、N，N-亚硫酰二甲酰二胺等原料按照一定比例准备好。
2. 反应：将准备好的原料加入反应釜中，在一定温度下进行聚合反应，通常需加入一定量的氧化剂加速反应。
反应时间一般为数小时。
3. 终止反应：当聚合反应完成后，加入一定量的甲醛作为终止剂，停止反应。
4. 沉淀：将反应液中的阳离子聚丙烯酰胺通过脱水、沉淀等方式进行分离。
5. 干燥：将沉淀后的阳离子聚丙烯酰胺通过旋转蒸发、真空干燥等方式进行干燥处理，最终得到产品。
以上是阳离子聚丙烯酰胺生产工艺的基本流程，具体的细节操作会根据不同厂家、产品要求等有所差异。
交联三维网络结构PNIPAm的制备及其性能研究
第47卷 第2期·32·作者简介：康永(1981-)，男，博士研究生，高级工程师,现从事无机非金属材料以及功能化高分子复合材料研究工作。
收稿日期：2020-07-15水凝胶的三维网络交联结构可分为两类：通过共价键形成和通过分子间结合形成。
由前者形成的水凝胶称为化学凝胶，后者称为物理凝胶[1]。
化学凝胶的聚合物链通过共价键交联，这使得聚合物具有一定的溶胀能力。
通常制备的聚合物凝胶属于化学凝胶。
共价键形成的交联结构两种方式：一种是在聚合过程中同时形成交联；另一种是形成线性聚合物，然后通过聚合物反应使它们交联。
前聚合反应它应该是简单的，适用于各种单体，可以通过烯烃与二烯烃的链聚合，或通过多官能化合物的缩合或加成缩合来制备。
后者可以在保持线性聚合物的先进结构和取向的条件下交联，这可以使凝胶成为纤维、膜和任何其他形状[2~3]。
物理凝胶的交联主要由分子间力如范德华力和氢键形成，天然大分子凝胶如多糖和蛋白质属于这一类。
聚N -异丙基丙烯酰胺(PINPAm )的低临界溶解温度(LCST )约33.2 ℃。
PNIPAm 具有良好的双亲性，且其相变温度在人的生理温度附近且略高于环境温度，且通过加入多种类单体控制其LCST ，兼有易于控制、易于改性等优良特性，成为目前研究最热的一类热缩性温敏凝胶。
1 实验部分1.1 实验设备主要实验仪器见表1。
表1 实验仪器一览表设备名称设备型号生产厂家玻璃恒温水浴RS6000德国Thremo Electron 公司电热恒温鼓风干燥箱JY3002上海精密科学仪器有限公司电子天平CMT4503深圳新三思材料检测有限公司冷冻干燥机DSC204F1北京松源华兴科技发展有限公司1.2 实验试剂主要实验试剂见表2。
表2 实验试剂一览表仪器名称纯度生产厂家N -异丙基丙烯酰胺（NIPAm ）化学纯上海物竞化工科技有限公司甲叉双丙烯酰胺(BIS)化学纯中科瑞泰生物科技有限公司四甲基乙二胺(TMEDA)化学纯天津市北方天医化学试剂厂过硫酸铵（APS ）分析纯天津市北方天医化学试剂厂1.3 PNIPAm 制备与性质研究1.3.1 PNIPAm 制备聚IV -异丙基丙烯酰胺水凝胶的合成见图1所示。
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聚n异丙基丙烯酰胺加工方法
一、研究背景
聚n异丙基丙烯酰胺（Poly-N-Isopropylacrylamide，PNIPAM）是一种具有温敏性的聚合物，在室温下可形成具有快速响应性的胶体粒子和凝胶。
PNIPAM的温敏性质使得它在生物医学、环境保护和化学工业等领域有着广泛的应用。
然而，由于PNIPAM的分子量、分布和合成方法等问题，其加工产物的品质、性能和应用范围等方面还不够完善。
二、加工方法
当前PNIPAM的加工方法主要有两种：自由基聚合和离子聚合。
其中离子聚合可以通过控制聚合的反应速率和生成的活性基团的性质来控制PNIPAM的化学结构和分子量分布。
但是离子聚合的缺陷是需要较长的聚合时间，且有时会受到酸碱度和温度的影响。
自由基聚合是一种常见的PNIPAM加工方法，它通过引入自由基引发剂来将PNIPAM单体聚合成高分子。
自由基聚合的过程中需要控制温度和氧气的氧化影响，以免影响PNIPAM的聚合度和分子量分布。
此外，自由基聚合还需要使用反应溶剂，如水、甲醇、二甲基亚砜等，以促进PNIPAM单体的溶解和反应。
在PNIPAM的加工过程中，加入适当的共聚物可以调节PNIPAM的结构和性能，例如可以通过掺杂苯乙烯单体来增强PNIPAM的力学强度和耐磨性，或者掺入丙烯酸单体来增强PNIPAM的亲水性和吸附性。
三、产品性能
PNIPAM的温敏性让它在许多领域都有着广泛的应用。
例如，PNIPAM可以用于粘合材料、生物传感器、微流控芯片和生物成像等方面。
此外，PNIPAM的温敏性也使它成为一种优秀的药物载体材料，可以将药物包装在PNIPAM粒子中，通过温度调控PNIPAM粒子的溶解度和释放速度。
PNIPAM的应用还涉及到环境保护领域，例如可以将PNIPAM用于膜分离、水处理、污染物检测和催化反应等方面。
此外，PNIPAM还可以用于生物医学领域，例如可以将PNIPAM用于人工关节、组织工程和药物开发等方面。
四、结论
PNIPAM作为一种优秀的温敏性聚合物材料，其加工方法和产品性能方面还有待进一步研究和完善。
未来的研究方向主要包括PNIPAM合成和加工方法的优化、PNIPAM各种形式的应用研究和PNIPAM与其他材料的复合研究等方面。