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2.2 实验操作部分 11
2.2.1 实验原料及仪器 11
2.2.2 实验部分原料及样品的制备 12
2.3实验结果与讨论 12
2.3.1 温度对凝胶形成时间的影响 12
2.3.2 细小空隙对凝胶聚合的影响 18
2.3.3 吸水性 21
2.3.4 保水性 22
2.3.5凝胶力学性能测试 15
结 论 24
致 谢 25
参 考 文 献 261 引言
1.1 水凝胶的定义
凝胶是在溶剂中溶胀并保持大量溶剂而不溶解的聚合物。以水为介质的凝胶称为水凝胶。水凝胶是最常见也是最为重要的一种凝胶。绝大多数的生物、植物体内存在天然凝胶以及许多合成高分子凝胶均属于水凝胶。水凝胶在水中能够吸收大量的水分溶胀，并在溶胀之后能够继续保持其原有结构而不被溶解。它是一类集吸水、保水、缓释于一体并且发展迅速的功能高分子材料，其应用已渗入到农、林、牧、园艺、沙漠防治、医疗卫生、生物医药、建筑、石油化工、日用化工、食品、电子和环保等各个领域，并仍在向更广阔的应用领域拓展[ ]。
1.2 水凝胶的分类
水凝胶可以按照不同的标准进行分类。按其来源分类可以分为天然水凝胶和合成水凝胶，天然水凝胶由生物体如琼脂、魔芋、蛋白质等制备，合成水凝胶由人工合成的交联高分子；按其交联方式分类可以分为化学水凝胶和物理水凝胶，物理水凝胶是作用如静电作用、氢键、链的缠绕等形成的，化学凝胶是由化学键交联形成的三文网络聚合物，其性能较物理凝胶稳定；按其内部结构分类可以分为多孔水凝胶和无孔水凝胶，多孔水凝胶的多孔结构能够极大地提高水凝胶的溶胀-退溶胀速率。环境敏感性高分子水凝胶材料在化学机械器件、调光材料、控制释放药物及靶向药物等领域的应用研究日益活跃,并显示出较好的应用前景而受到得到人们的广泛关注。以下是几种常见的水凝胶。
1.2.1 pH敏感性水凝胶
pH敏感性水凝胶的溶胀和去溶胀随pH值变化而发生变化。这类水凝胶网络中存在大量的—CO-、—OPO3-等阴离子基团或—NH3+、—NRH2+、—NR3+等阳离子基团，这些基团的离子化受外界pH值的影响，当外界pH值变化时，这些基团的解离程度相应发生改变，造成凝胶内外离子浓度改变而引起凝胶溶胀和去溶胀的变化[ ]。pH敏感性水凝胶其实质就是一类含有大量可电离基团的聚电解质。根据pH敏感性基团的不同，可分为阴离子、阳离子和两性型三类。
1.2.2 温度敏感性水凝胶
温度敏感性水凝胶随环境温度的变化发生可逆性的变化。温度敏感性水凝胶体积发生变化的临界转变温度称为最低临界溶解温度(LCST)。温度敏感性凝胶对温度变化的响应有两种类型：一种随温度的升高水溶性降低，即温度高于LCST时呈收缩状态，温度低于LCST时呈溶胀状态，这种温敏凝胶称为热收缩型[ ]；另一种与之相反，是在温度低于LCST时呈收缩状态，称为热胀型[ ]。
温度敏感性水凝胶在高分子链上存在甲基、乙基和丙基等疏水基团，在这些凝胶结构中存在氢键和亲水/疏水平衡[2]。目前研究最多的PNIPAAm类水凝胶，它属于高温收缩型，其高分子链中既有疏水性的异丙基又有亲水性的胺基。当温度较低时，亲水基团与水之间的氢键占主导，在水中呈良好的水化状态；随着温度的升高，氢键的作用力减弱，疏水基团的相互作用力增强，水凝胶脱水收缩。从微观角度看，温度降低时，聚合物的分子链呈伸展状态，水分子分散于网络结构中；当温度升高到一定值时，高分子链间作用增强，网络结构收缩，水分子被挤出，表现为凝胶脱水。通常，高分子链中含有的疏水基团越多，LCST越低。所以可以通过调整疏水基和亲水基之间的比例或与不同性质单体聚合来改变凝胶的LCST。例如N-异丙基丙烯酰胺与亲水性共聚单体（如丙烯酰胺）聚合可以升高共聚物的LCST，与疏水性共聚单体聚合则降低LCST[ ]。