羧甲基壳聚糖／聚(N-异丙基丙烯酰胺)半互穿网络水凝胶的制备及溶胀性能研究

羧甲基壳聚糖增强智能纳米复合水凝胶的制备及性能探究摘要：本探究以高分子聚丙烯酰胺(PAM)作为基础材料，利用生物材料羧甲基壳聚糖(CMC)和无机材料纳米氧化物作为增强剂，制备出一种新型的高强度、高稳定性的智能纳米复合水凝胶。

在不同的制备条件下对该复合水凝胶进行系统的物理、化学性质的分析与表征，结果表明复合水凝胶具有较高的吸水性能、机械强度、稳定性和智能响应性能，能够广泛应用于医学、生物、环境等领域。

关键词：羧甲基壳聚糖，纳米复合水凝胶，智能响应，稳定性，增强效果。

1. 前言水凝胶在现代生物、医学、环境和能源等领域广泛应用，然而传统的水凝胶在吸水性、机械强度、稳定性和响应性等方面存在一定的限制，制约了其应用。

因此，探究一种新型高性能的水凝胶具有重要的科学探究和应用价值。

2. 试验材料与方法2.1 试验材料聚丙烯酰胺(PAM)、羧甲基壳聚糖(CMC)、纳米氧化物、N,N-二甲基乙酰胺(DMAM)、甲醛等。

2.2 试验方法接受自由基聚合法和化学交联法相结合的方法制备智能纳米复合水凝胶，通过DMA、TGA、SEM、XRD等方法对其进行性能测试及形态表征，对吸水性能、机械强度、稳定性和智能响应性能进行有效的评估和分析。

3. 结果与谈论3.1 羧甲基壳聚糖对水凝胶性能的影响不同质量比下CMC与PAM的复合水凝胶产物比纯PAM凝胶的吸水性能、机械强度都有所提高，其中CMC质量为0.025g/gPAM、0.05g/gPAM、0.1g/gPAM的复合水凝胶吸水率比纯PAM凝胶增加了32.1%、41.5%、46.3%，机械强度比纯PAM凝胶增加了10.24%、16.12%、28.08%，因此CMC能有效地提高水凝胶的性能。

3.2 纳米氧化物对水凝胶性能的影响CMC/PAM复合水凝胶中添加不同质量比的纳米氧化物对水凝胶性能的影响不同，当纳米氧化物质量比为0.1g/gPAM时，水凝胶的吸水率最高，为2794.6%。

但是在机械强度方面，纳米氧化物的加入会使水凝胶的机械强度下降，需取得适当的添加量。

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。

水凝胶的制备及应用研究顾雪梅;安燕;殷雅婷;张玉星【摘要】水凝胶是一种具有三维网络结构的新型功能高分子材料,以其含水量高、溶胀快、具有良好的生物相容性、对外界刺激具有良好的响应性等被广泛应用于很多领域,具有广阔的应用和发展前景。

本文重点介绍了近年来水凝胶的制备方法,同时综合介绍了水凝胶在医药、工农业等领域的应用,并对其未来的发展进行了展望。

%Hydrogel was a kind of three-dimensional network structure with new functional polymer materials,with good biocompatibility and good responsibility for foreign stimulates,was widely used inindustry,agriculture,medicine,etc.The preparation and applications of the hydrogel in industrial and pharmaceutical industry were reviewed,and the future development was prospected.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2012(040)010【总页数】4页(P11-13,35)【关键词】水凝胶;高分子聚合物;制备;应用【作者】顾雪梅;安燕;殷雅婷;张玉星【作者单位】贵州大学化学与化工学院,贵州贵阳550003;贵州大学化学与化工学院,贵州贵阳550003;贵州大学化学与化工学院,贵州贵阳550003;贵州大学化学与化工学院,贵州贵阳550003【正文语种】中文【中图分类】O648.17Abstract:Hydrogel was a kind of three－dimensional network structure with new functional polymer materials，with good biocompatibility and good responsibility for foreign stimulates，was widely used in industry，agriculture，medicine，etc.The preparation and applications of the hydrogel in industrial and pharmaceutical industry were reviewed，and the future development was prospected.Key words:hydrogel;polymer;preparation;application水凝胶是一种能够在水中溶胀并保持一定水分而又不溶于水的具有三维网络结构的新型功能高分子材料，兼有固体和液体的性质［1］。

第27卷第2期高分子材料科学与工程Vol.27,No.2 2011年2月POLYMER MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERINGF eb.2011PNIPAAm/CMC 半互穿网络水凝胶的合成及性质于跃芹,李延顺,祝纯静,刘玲秀(青岛科技大学化学与分子工程学院,生态化工教育部重点实验室,山东青岛266042)摘要:以N 马来酰化壳聚糖为交联剂,N 异丙基丙烯酰胺(N IPAAm )为单体,羧甲基纤维素钠(CM C)为半互穿材料,在水溶液中通过自由基聚合制备了PNI PAAm/CM C 半互穿网络水凝胶。

所合成的水凝胶的低临界溶解温度(L CS T )在33 左右,CM C 的加入对水凝胶的L CST 无显著影响,但随着CM C 用量的增加,水凝胶的温度敏感性会逐渐减弱。

25 时水凝胶的溶胀速率和饱和溶胀度均随CM C 用量增大而增大。

溶胀介质的离子强度对水凝胶的溶胀性能有显著影响,在浓度高于0 05g/mL(离子强度0 854mol/L )的N aCl 溶液中水凝胶的饱和溶胀度明显下降。

关键词:PN IPAA m/CM C 水凝胶;半互穿网络;温敏性;溶胀中图分类号:T Q 316.6 文献标识码:A 文章编号:1000 7555(2011)02 0013 03收稿日期:2009 12 14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(09 1 3 33 JCH)资助通讯联系人:于跃芹,主要从事生物高分子材料制备及研究, E mail:qustyu@智能水凝胶是一类受外界环境微小的物理和化学刺激(如温度、pH 值、离子强度等)而其自身性质发生明显变化的水凝胶。

聚N 异丙基丙烯酰胺(PN I PAAm)是典型的温度敏感性水凝胶,在32 附近能够发生可逆的、不连续的体积相转变,这一温度被称为低临界溶解温度(LCST )[1~4]。

互穿聚合物网络(IPN)技术是改善水凝胶应用性能的一种方法。

封面壳聚糖智能水凝胶作者：吴雪辰罗育阳摘要：壳聚糖智能水凝胶作为一种天然高分子材料，由于其来源于自然而具有的生物可降解性、无毒、来源广泛等优良的性能，近些年已经成为研究的热点。

而智能水凝胶本身对温度、PH、电磁性能等外界刺激能做出迅速的反应同时也收到广泛关注。

结合两者的优点合成的壳聚糖智能水凝胶更是具有了更加突出的优势。

下面从定义、制备以及应用等方面简单的对壳聚糖智能水凝胶最近几年的发展进行浅析。

关键词：壳聚糖，智能水凝胶，壳聚糖智能水凝胶，药物缓释。

1．定义甲壳素是由N-乙酰-2-氨基-D-葡萄糖以β-1,4糖苷键形式联接而成的多糖，是一种天然高分子化合物。

壳聚糖是其乙酰化产物。

壳聚糖与甲壳素结构的差别在于C2位的取代基不同，壳聚糖是氨基（—NH2），而甲壳素是乙酰氨基（—NHCOCH3）。

Fig.1是甲壳素与壳聚糖的化学结构式。

[1]脱乙酰基Fig.1水凝胶或称含水凝胶为亲水性但不溶于水的聚合物, 它们在水中可溶胀至一平衡体积仍能保持其形状。

[2]智能水凝胶一般是有机高分子水凝胶材料，其上的功能基团使水凝胶的吸水量对周围环境敏感如温度、pH、电、光或离子强度等，所以称作“智能”。

[3]壳聚糖分子由于主链或侧链上带有大量的亲水基团和有适当的交联网络结构，所以可形成智能水凝胶。

[4]2．制备（1）壳聚糖壳聚糖可通过天然的甲壳素支链水解直接制得。

（2）智能水凝胶智能水凝胶的制备方法比较复杂，可通过以下方法制得：Ⅰ.水溶性高分子的交联法[5]Ⅱ.接枝共聚法（3）壳聚糖智能水凝胶的制备翟延飞[6]研究认为壳聚糖主链上含有大量的亲水集团，尤其是2位上的氨基常作为交联点，能与甲醛、戊二醛等双官能团交联剂反应，使线性壳聚糖链间由碳氧双键交联成水凝胶。

常用的交联剂有：戊二醛，甲醛，亚甲基二丙烯酰胺，京尼平等，这种方法是化学交联法。

化学交联法制备的凝胶具有以下特点：交联均匀；通过不同的交联剂可以制备不同性质的水凝胶；制备薄膜纤维等形状；适合多糖类、蛋白质等生物天然高分子等。

聚n-异丙基丙烯酰胺水凝胶的制备及热致聚
集行为
聚n-异丙基丙烯酰胺（poly N-isopropylacrylamide，PNIPAM）水凝胶是一种具有智能响应性质的高分子材料，能够在温度变化时发
生大幅度体积变化。

本文旨在介绍聚n-异丙基丙烯酰胺水凝胶的制备
方法以及热致聚集行为。

首先，制备PNIPAM水凝胶的常用方法是自由基聚合法。

将n-异
丙基丙烯酰胺、交联剂和引发剂混合后，在恒温下加热并搅拌反应，
得到PNIPAM水凝胶。

其中，交联剂可以选择N,N’-甲撑二丙烯酰胺、双(甲基丙烯酰氧基)乙烷等；引发剂可以选择过硫酸铵、过硫酸钾等。

其次，PNIPAM水凝胶的热致聚集行为是由于PNIPAM在温度为32℃左右时，由于聚合物链的普遍崩解及亲水性增加而发生溶胀坍塌转变。

研究表明，当PNIPAM水凝胶的温度高于32℃时，水凝胶内部的聚合物链崩解，水凝胶体积减小；当温度低于32℃时，PNIPAM水凝胶内部的
聚合物链重新聚集，水凝胶体积增加。

综上所述，PNIPAM水凝胶的制备及热致聚集行为是研究PNIPAM
材料智能响应性能的关键。

通过PNIPAM水凝胶的研究和应用，不仅能
为智能材料的制备提供重要参考，也对生物医学和纳米材料领域的应
用具有广泛的潜力。