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聚丙烯酸水凝胶的制备工艺与性能控制聚丙烯酸（Polyacrylic Acid，PAA）水凝胶是一种高分子材料，具有良好的水溶性和吸水性能，在医学、卫生、环境保护等领域有着广泛的应用。
本文将介绍聚丙烯酸水凝胶的制备工艺和性能控制。
一、制备工艺聚丙烯酸水凝胶的制备主要包括聚合反应和后处理两个步骤。
1. 聚合反应聚合反应是将丙烯酸单体聚合成聚丙烯酸高分子的过程。
具体步骤如下：（1）准备反应体系：将丙烯酸单体、引发剂和反应介质（如水）按照一定的配比加入反应釜中。
（2）引发反应：加热反应釜，使反应体系温度升高到引发剂的活化温度，引发剂开始分解产生自由基，引发聚合反应。
（3）收集制备好的聚丙烯酸水凝胶：待聚合反应完成后，将制备好的聚丙烯酸水凝胶从反应釜中取出。
2. 后处理后处理是指对聚丙烯酸水凝胶进行物理或化学处理，以改善其性能或满足特定的应用需要。
常见的后处理方法包括交联处理和改性处理。
（1）交联处理：通过引入交联剂，使聚丙烯酸水凝胶分子链相互交联，以提高其稳定性和力学性能。
交联剂可以是化学交联剂，如乙二醇二丙烯酸酯（EGDA）；也可以是物理交联剂，如热处理或紫外光照射。
（2）改性处理：通过引入其他成分或化学反应，改善聚丙烯酸水凝胶的性能。
例如，向聚丙烯酸水凝胶中添加纳米颗粒可以增加其机械强度和吸附性能；向聚丙烯酸水凝胶中引入氨基酸可以增加其生物相容性。
二、性能控制聚丙烯酸水凝胶的性能控制是制备过程中的关键环节，下面将介绍几个常见的性能控制因素。
1. 单体浓度聚丙烯酸水凝胶的单体浓度会影响其最终的吸水性能和力学性能。
当单体浓度较低时，聚合反应难以进行，生成的水凝胶可能会失去一些特性；当单体浓度过高时，反应体系粘度增加，聚合反应可能会受到扩散的影响。
2. 引发剂的选择引发剂的选择会影响聚合反应的速率和效果。
常用的引发剂有过硫酸盐、亚离子无机盐和有机过氧化物等。
选择适当的引发剂可以控制聚合反应的活性和反应速率，从而影响聚丙烯酸水凝胶的形成过程和最终性能。
聚丙烯酰胺水凝胶的制备聚丙烯酰胺（Polyacrylamide，简称PAM）是一种重要的水溶性高分子聚合物，具有优异的吸水性和保水性能，因此被广泛应用于许多领域，如水处理、石油开采、土壤改良等。
本文将介绍聚丙烯酰胺水凝胶的制备方法及其应用。
一、制备方法聚丙烯酰胺水凝胶的制备主要分为三个步骤：聚合反应、共聚合反应和交联反应。
1.聚合反应：首先，将丙烯酰胺单体与过硫酸铵等引发剂溶解在水溶液中，生成聚合反应体系。
然后，在适当的温度下，引发剂开始引发聚合反应，形成聚丙烯酰胺链。
聚合反应时间一般为数小时，待反应完成后，得到聚丙烯酰胺溶液。
2.共聚合反应：为了改善聚丙烯酰胺的性能，可以在聚合反应中加入其他单体进行共聚合。
常用的共聚单体有丙烯酸、丙烯酸钠等。
共聚合反应与聚合反应类似，只是在聚合反应体系中加入了共聚单体，并进行相应的引发反应。
3.交联反应：为了增加聚丙烯酰胺的稳定性和强度，需要进行交联反应。
交联反应可以通过添加交联剂进行，在适当的条件下，交联剂与聚合物发生反应，形成交联结构。
常用的交联剂有二甲基亚砜、甲醛等。
交联反应后，聚丙烯酰胺形成水凝胶状。
二、应用领域聚丙烯酰胺水凝胶具有优良的吸水性和保水性能，因此在许多领域得到广泛应用。
1.水处理：聚丙烯酰胺水凝胶可以用作污水处理剂，能够净化水质、去除悬浮物和重金属离子等。
其吸附能力强，可以将污水中的有害物质吸附在水凝胶上，从而实现水的净化。
2.石油开采：聚丙烯酰胺水凝胶可以用作驱油剂，能够提高原油采收率。
其具有较强的吸附能力，可以吸附在岩石孔隙中，阻止原油的流动，从而增加驱油效果。
3.土壤改良：聚丙烯酰胺水凝胶可以用作土壤改良剂，能够提高土壤保水性和保肥性。
其具有良好的吸水性能，可以吸收大量的水分，并将水分释放给植物根系，从而提高植物的生长。
4.医药领域：聚丙烯酰胺水凝胶可以用于制备药物载体，用于控制药物的释放速率和提高药物的稳定性。
其具有良好的生物相容性，可以与生物体组织相容，不会引起副作用。
基于丙烯酰胺系列新型水凝胶的合成与膨胀性能作者：刘展晴来源：《湖北农业科学》 2014年第2期刘展晴（渭南师范学院化学与生命科学学院，陕西渭南７１４０００）摘要：通过自由基聚合方法合成聚丙烯酰胺（ＰＡＡＭ）水凝胶、丙烯酰胺（ＡＡＭ）与甲基丙烯酸（ＭＡＡ）的不同摩尔比的Ｐ（ＡＡＭ－ｃｏ－ＭＡＡ）水凝胶，并对这些水凝胶的形貌和膨胀性能及ｐＨ敏感性能进行研究。
结果表明，相比ＰＡＡＭ水凝胶，Ｐ（ＡＡＭ－ｃｏ－ＭＡＡ）水凝胶的膨胀性能提高，但当ＡＡＭ与ＭＡＡ摩尔比为１３∶２时，Ｐ（ＡＡＭ－ｃｏ－ＭＡＡ）水凝胶具有更好的膨胀性和ｐＨ敏感性。
这些水凝胶的特殊性能使它们有望应用于药物的缓控释放方面。
关键词：ＰＡＡＭ水凝胶；Ｐ（ＡＡＭ－ｃｏ－ＭＭＡ）水凝胶；膨胀性；ｐＨ敏感性中图分类号：Ｒ３１８．０８文献标识码：Ａ文章编号：0439－８114（２０14）02－0398-03水凝胶是一种三维网状结构的亲水但不溶于水的高分子聚合物［１］，是自然界中普遍存在的物质形态，例如人体的肌肉、眼球、血管等器官都是由水凝胶构成。
它一般通过共价键、氢键或范德华力等作用力构成，具有良好的生物相容性和膨胀性，是一种发展迅速的高分子材料［２］。
通常将水凝胶分为传统型水凝胶和环境敏感性水凝胶，传统型水凝胶对外界环境的刺激变化不敏感，环境敏感性水凝胶的一些自身性质随外界环境的变化而变化。
当受到特殊化学物质作用时，环境敏感性水凝胶分子网络内的链段产生较大的构象变化，从而产生溶胀或收缩，当去掉外界刺激时，凝胶能自动回复到稳定状态。
由于环境敏感性水凝胶的这种智能性使它应用在很多领域，尤其是在药物的靶向定位及缓控释放［３］、固定化酶［４］、蛋白质的分离［５］、人工肌肉［６］以及生物传感和催化等方面都有很大的应用前景。
在一系列的水凝胶中，丙烯酰胺（ＡＡＭ）系列水凝胶的研究一直受到人们的重视。
本研究设计并合成新的含ＡＡＭ的水凝胶，并对其膨胀性能及ｐＨ敏感性能进行研究，以期得到一种膨胀性和ｐＨ敏感性更为优越的水凝胶。
聚丙烯酰胺水凝胶制备工艺研究聚丙烯酰胺水凝胶(JANSA)是一种具有特殊性质的材料，它能够通过水敏感响应发生体积膨胀或收缩的功能。
因此，JANSA被广泛应用于水处理、制药、生物医学等领域。
在使用JANSA之前，首先需要进行制备工艺的研究，以确保其制备质量和性质。
1. JANSA的制备原理JANSA是由聚丙烯酰胺(PAM)单体反应得到的水凝胶。
其制备原理是通过离子共聚反应聚合单体制备水凝胶。
在反应过程中，聚合单体在存在离子化合物和交叉连接剂的情况下，通过自由基聚合形成交联网络结构，从而形成JANSA。
2. 制备工艺流程JANSA的制备工艺流程包括以下几个步骤：（1）单体预处理：将PAM单体用去离子水进行预处理，去除其中的离子、杂质和氧化物，确保单体的纯度和稳定性。
（2）交联剂添加：将交联剂加入到PAM单体中，形成交联单体溶液。
（3）离子共聚反应：在交联单体溶液中加入离子化合物，启动自由基聚合反应，通过离子共聚反应形成交联结构。
（4）水凝胶形成：将聚合物溶液置于凝胶模板中，通过自然干燥或离心干燥，形成水凝胶。
3. 工艺参数和条件在制备JANSA的过程中，不同的工艺参数和条件会影响到水凝胶的质量和性质。
因此，需要对以下参数进行优化：（1）交联剂的种类和用量：交联剂是决定水凝胶交联结构的主要因素之一，其种类和用量直接影响到水凝胶性质及其响应性能。
（2）离子化合物种类和浓度：离子化合物的种类和浓度对水凝胶储水性和膨胀性影响较大，需要进行优化。
（3）自由基引发剂种类和用量：自由基引发剂是促进聚合反应进行的重要因素之一，其种类和用量也需要进行优化，以确保反应的稳定和高效。
4. 制备后的水凝胶性质研究制备出的JANSA需要进行一系列性质测试和研究，以确保其质量和性能。
主要包括以下方面：（1）JANSA的响应性能研究：测试JANSA对于不同离子浓度和温度的响应性能，以了解其水敏感响应特性。
（2）水凝胶性质测试：测试JANSA的力学特性、热性能、吸水性和释水性等水凝胶特性。
聚丙烯酰胺水凝胶的制备
聚丙烯酰胺水凝胶可以使用原位聚合法或交联聚合法制备。
以下是一种简单的交联聚合法制备方法：
材料：
1. 丙烯酰胺
2. 交联剂：甲烷二酸二乙烯酯（MBA）
3. 水
4. 不溶于水的有机溶剂（如正己烷）
步骤：
1. 在室温下将丙烯酰胺和交联剂混合均匀。
配比通常是100:1
到200:1（丙烯酰胺：MBA）
2. 将混合物注入一个导热性好的模具中，模具可以是任何形状。
3. 将模具放入70°C的烘箱中保温，时间为1-2小时。
4. 用不溶于水的有机溶剂将胶凝物从模具中取出，用去离子水洗净。
5. 在室温下干燥胶体直到达到所需的固体含量。
注意事项：
1. 正确的配比是关键，过量的交联剂会导致没胶凝或者太硬的水凝胶。
2. 在烤箱中要保持空气流通。
3. 聚合反应前建议用紫外线或者氮气气氛处理。
4. 最终水凝胶的性质受到合成条件、嵌段含量、交联剂类型、浓度等多方面因素影响。
安徽医科大学硕士学位论文丙烯酰胺/海藻酸钠双网络水凝胶材料的制备及其材料性能研究Fabrication and material properties of the acrylamide/sodium alginate double network hydroge l作者姓名： 孙天文指导老师： 梁振 副教授 安徽医科大学学科专业： 生物医学工程研究方向： 认知与智能仪器论文工作时间： 2015年12月至2018年03月基金项目： 国家自然科学基金青年科学基金项目（31400943、61603002）目录中文摘要 (1)Abstruct (3)1 引言 (5)1.1前言 (5)1.2水凝胶的研究背景及意义 (6)1.3 丙烯酰胺/海藻酸钠双网络水凝胶概述 (7)1.4 研究方案 (7)2 材料与方法 (8)2.1 实验所需器材的制备 (8)2.1.1 Arduino开发板 (8)2.1.2 制作简易拉伸机 (10)2.1.3 恒温恒湿箱 (11)2.2 制作水凝胶样本 (15)2.3 水凝胶性能的检测 (16)3 结果 (18)4 讨论 (23)5 结论 (26)6 展望 (27)附件一 (29)附件二 (30)参考文献 (43)综述 (45)1 引言 (47)2 智能水凝胶的分类 (47)2.1 pH敏感型水凝胶 (47)2.2 温度敏感型水凝胶 (48)2.3 光敏感型水凝胶 (48)2.4电场敏感型水凝胶 (49)2.5对葡萄糖浓度具有敏感性的水凝胶 (50)3在生物医学领域上智能水凝胶的一些应用 (50)3.1 药物传输控制系统 (50)3.2 组织工程支架材料 (51)3.3 生物传感器 (51)4 结语 (52)参考文献 (53)丙烯酰胺/海藻酸钠双网络水凝胶材料的制备及其材料性能研究中文摘要背景水凝胶作为一种具备生物相容性的高分子材料，可以被用来制作伤口敷料、人造软骨等等，在生物医学领域得到了广泛的应用。
聚丙烯酰胺水凝胶的制备引言：聚丙烯酰胺（Polyacrylamide，简称PAM）是一种高分子化合物，具有良好的吸水性和增稠性能，在许多领域得到广泛应用。
其中，聚丙烯酰胺水凝胶因其独特的凝胶特性而备受关注。
本文将介绍聚丙烯酰胺水凝胶的制备方法和其在实际应用中的潜力。
一、材料准备制备聚丙烯酰胺水凝胶的前提是准备好所需的原材料。
首先，需要聚丙烯酰胺粉末，这是制备水凝胶的基础。
其次，还需要一种交联剂，常用的交联剂有二甲基亚砜（DMSO）和甲醛（HCHO）。
此外，还需要溶剂，常用的溶剂有水和有机溶剂，如乙酸乙酯或氯仿。
二、制备过程1.称取一定量的聚丙烯酰胺粉末，并加入适量的溶剂中。
溶剂的选择取决于具体的实验要求，通常使用水作为溶剂。
2.搅拌混合聚丙烯酰胺粉末和溶剂，直至完全溶解。
可以使用磁力搅拌器或机械搅拌器来加快混合的速度。
3.在搅拌的同时，逐渐加入交联剂。
交联剂的加入量需要根据实验要求和所需的凝胶性能来确定。
需要注意的是，交联剂的过量使用会导致凝胶的质量下降，因此需要控制好交联剂的用量。
4.继续搅拌混合一段时间，直至聚丙烯酰胺完全交联形成凝胶。
搅拌的时间和速度可以根据实验要求进行调整。
三、实际应用聚丙烯酰胺水凝胶在许多领域都有着广泛的应用。
以下是几个典型的应用案例：1.土壤改良：聚丙烯酰胺水凝胶可以在农业领域用于土壤改良。
将水凝胶添加到土壤中可以提高土壤的保水能力和肥料的利用率，从而提高作物的产量和质量。
2.水处理：聚丙烯酰胺水凝胶可以作为净水剂，用于水处理过程中的悬浮物和污染物的去除，从而提高水质。
3.药物传递：聚丙烯酰胺水凝胶可以用于药物的传递。
通过将药物包裹在水凝胶中，可以延缓药物的释放速度，提高药效。
4.组织工程：聚丙烯酰胺水凝胶在组织工程中也有广泛的应用。
水凝胶可以提供细胞生长和分化所需的支持结构，并可以调控细胞的形态和功能。
结论：聚丙烯酰胺水凝胶作为一种重要的功能材料，在各个领域都有着广泛的应用前景。
聚丙烯酸水凝胶的制备与物理性质分析聚丙烯酸水凝胶是一种具有良好吸水性能和稳定性的高分子材料，广泛应用于药物传递、生物医学、环境保护等领域。
本文旨在介绍聚丙烯酸水凝胶的制备方法以及其物理性质的分析。
一、聚丙烯酸水凝胶的制备方法1. 原料准备：制备聚丙烯酸水凝胶需要聚丙烯酸和交联剂。
聚丙烯酸是水溶性高分子聚合物，可以通过自由基聚合反应制备得到。
交联剂的选择应根据所需的凝胶特性进行选择。
2. 溶液制备：将聚丙烯酸和交联剂按照一定比例溶解于适量的溶剂中，如去离子水、甲醇等。
溶液的配比应根据所需的凝胶特性进行确定。
3. 温度控制：将溶液置于适当的温度下进行反应，温度的选择应根据聚丙烯酸和交联剂的特性进行。
4. 放置反应：将溶液静置一段时间，待溶液发生凝胶化反应，形成聚丙烯酸水凝胶。
二、聚丙烯酸水凝胶的物理性质分析1. 吸水性能：聚丙烯酸水凝胶具有良好的吸水性，可以通过浸泡法来测试其吸水性能。
将聚丙烯酸水凝胶样品在去离子水中浸泡一段时间后，取出并去除表面的水分，然后测量其质量变化，以计算吸水率。
2. 稳定性：聚丙烯酸水凝胶的稳定性可以通过恒温恒湿条件下的稳定性测试来评估。
将聚丙烯酸水凝胶样品放置于一定温度和湿度条件下一段时间，观察其外观和结构变化，以评估其稳定性。
3. pH响应性：聚丙烯酸水凝胶对环境pH值的响应也是其重要的物理性质之一。
可以将聚丙烯酸水凝胶样品放置于不同pH值的溶液中，观察其体积变化情况，从而评估其对pH值的响应性。
4. 药物释放性能：由于聚丙烯酸水凝胶具有良好的药物承载性能，因此可以通过药物释放实验来评估其释放性能。
将药物融入聚丙烯酸水凝胶样品中，然后将样品置于适当的溶液中，过程中监测药物释放情况，以得到聚丙烯酸水凝胶的药物释放性能特征。
5. 结构表征：可采用扫描电镜(SEM)或透射电镜(TEM)等技术对聚丙烯酸水凝胶的结构进行表征观察，以了解其微观结构特征。
结论通过以上的制备方法和物理性质分析，我们可以得出聚丙烯酸水凝胶具有良好的吸水性、稳定性和药物释放性能等特点。
水凝胶的制备及其应用研究水凝胶是一种水分含量高、吸水性强的高分子物质，常用于水保土、植物栽培、水生动植物的保水等领域。
本文将重点探讨水凝胶的制备以及其应用研究进展。
一、水凝胶的制备1. 原料准备水凝胶的制备原料主要包括聚丙烯酰胺（PAM）、天然植物纤维素等可溶于水的高分子物质。
其中，PAM是常用水凝胶制备原料之一，其在水中溶解后能形成透明的胶体。
天然植物纤维素则具有良好的生物相容性和无毒环保等优点。
2. 制备工艺（1）PAM制备法：首先将PMA与弱碱溶液混合，在加热及搅拌的条件下，发生聚合反应，形成颗粒状的聚合物。
接着，对聚合物进行干燥处理，即可得到水凝胶。
（2）天然植物纤维素制备法：将天然植物纤维素与水混合并搅拌均匀，接着加入交联剂并充分搅拌，最后经过干燥即可形成水凝胶。
二、水凝胶的应用研究进展1. 水保土水凝胶凭借其优异的保水性，被广泛应用于水保土领域。
其在不同环境下能保持不同程度的水分吸附性，不仅有助于降低地表水蒸发量，减少水分流失，还能提高土壤肥力，改善土壤结构。
2. 植物栽培水凝胶的应用也广泛涉及到植物栽培领域。
通过将水凝胶与土壤混合使用，能够增加土壤中的有效水分量，提高植物的抗旱性能，增加作物收成。
3. 水生动植物的保水在水生动植物的保水领域，水凝胶的应用也具有一定的研究前景。
例如，水凝胶可用于水生植物生长介质中，与化肥掺混使用，能够提高水生植物的营养吸收率，增强抗倒伏能力。
4. 养殖业水凝胶的吸水性能不仅限于土壤领域，还可应用于养殖业。
例如，将水凝胶填充于鱼缸中，可提高水质稳定性，减缓养殖污染，促进鱼儿健康成长。
5. 制药工业水凝胶在制药工业中的应用也日益受到人们的关注。
其常应用于口腔用药基质、人工眼泪等领域，能够增加药物缓释时间、改善药物的生物利用度等，为制药工业注入了新的思路。
综上所述，水凝胶其制备成本低、环保无毒、应用领域广泛等优点，使其应用价值具有巨大的潜力。
越来越多的科研人员瞄准水凝胶这个领域展开了更为深入的研究，未来，水凝胶的研制和应用将会更加广泛化，丰富人们的生活。
聚丙烯酸基水凝胶的合成与性能研究概述：聚丙烯酸基水凝胶是一种具有重要应用潜力的新材料，它具有优异的水吸收性能、温度敏感性和生物相容性等特点。
本文将从合成方法、性能研究和应用前景三个方面探讨聚丙烯酸基水凝胶的相关研究情况。
一、合成方法：聚丙烯酸基水凝胶的合成方法有多种，常用的方法包括自由基聚合法、原位聚合法和交联改性法。
自由基聚合法是一种简单、高效的方法，通过引入引发剂和交联剂进行反应，实现单体的聚合和交联。
原位聚合法通过在存在单体的溶液中引入交联剂实现聚合和交联过程。
交联改性法是在已有的聚合物基础上，通过交联剂进行改性，以提高水凝胶的性能。
二、性能研究：聚丙烯酸基水凝胶的性能研究主要包括水吸收性能、温度敏感性和生物相容性。
1. 水吸收性能：聚丙烯酸基水凝胶具有良好的水吸收性能，能够在短时间内吸收大量水分。
研究人员通过改变单体浓度、交联剂含量和反应温度等条件，来调控水凝胶的吸水性能。
2. 温度敏感性：聚丙烯酸基水凝胶的温度敏感性使其在医药领域有较好的应用前景。
通过控制单体的选择和交联剂的含量，可以调节水凝胶的温度响应性能，实现智能药物释放等功能。
3. 生物相容性：聚丙烯酸基水凝胶的生物相容性是其在组织工程和药物传递等领域得到广泛应用的重要原因。
研究表明，聚丙烯酸基水凝胶具有良好的细胞相容性和生物相容性，能够与生物组织良好结合。
三、应用前景：聚丙烯酸基水凝胶由于其优异的性能，有着广阔的应用前景。
1. 医药领域：聚丙烯酸基水凝胶可以作为药物控释系统的载体，通过控制温度敏感性，实现智能药物释放的目的。
另外，它在组织工程领域也有广泛应用，可以作为细胞载体和组织修复材料。
2. 环境领域：聚丙烯酸基水凝胶可以用于水净化和吸附有机物质，具有应用于废水处理和环境治理的潜力。
3. 传感器领域：聚丙烯酸基水凝胶的温度敏感性和吸水性能使其成为优秀的传感器材料，可以应用于温度、湿度等参数的检测和监测。
总结：聚丙烯酸基水凝胶是一种具有极高应用潜力的新材料，它的合成方法多样，性能研究成果丰富，并具有广泛的应用前景。
第36卷第1期2017年3月中南民族大学学报（自然科学版）Journal of South-Central University for Nationalities( Nat. Sci. Edition)Yol.36 No.1Mar.2017高弹性聚丙烯酰胺水凝胶的制备及拉伸性能研究肖新才,张瑞连，熊小翠，胡蓉蓉，马文婷(中南民族大学药学院，武汉430074)摘要为了提高水凝胶的弹性性能，采用微凝胶法制备了高弹性的聚丙烯酰胺(PAAM)水凝胶.先采用沉降聚 合法制备了 PAAM微凝胶，再以此充当交联剂代替传统的化学交联剂和引发剂，制备了高机械性能的PAAM水凝 胶.同时探讨了丙烯酰胺浓度、凝胶成型温度、微凝胶与水的体积比对PAAM水凝胶弹性性能的影响.结果表明：随着丙烯酰胺的浓度的增大，凝胶柱的弹性模量变大;随微凝胶成型温度越高，形成的水凝胶的弹性模量越小;当微凝胶与水的体积比为1:1时，水凝胶的弹性模量较大，增加或减少微凝胶的量均会使得水凝胶的弹性模量变小.关键词聚丙烯酰胺;微凝胶;高弹性;微凝胶法;弹性模量中图分类号TQ460.1;R944.1 文献标识码A文章编号16724321(2017)014)047-05Preparation and Tensile Property of Highly ElasticPolyacrylamide HydrogelXiao Xincai, Zhang Ruilian, Xiong Xiaocui, Hu Rongrong, Ma Wenting (School of pharmaceutial Sciences, South-Central University for Nationalities, Wuhan 430074, China) Abstract To improve the elasticity of the hydrogels, microgel method was applied to prepare highly elastic polyacrylamide (PAAM) hydrogel. PAAM microgels were prepared by sedimentation polymerization, then highly elastic PAAM hydrogel was prepared using the microgels as the crosslinker instead of the traditional chemical crosslinker and initiator. The effects of acrylamide concentration，polymerization temperature，volume ratio of the microgels and water on the elasticity of the hydrogels were investigated. The results indicated that the elasticity modulus of PAAM hydrogel increased with the increase of acrylamide concentration and decreased with the polymerization temperature. The modulus was largest when the volume ratio of the microgels and water was 1 : 1，which would decrease regardless of decreasing or increasing the microgels content.Keywords polyacrylamide；microgel；high elasticity；microgel method；elasticity modulus聚丙烯酰胺（PAAM)具有典型的三维网络结构、无毒副作用、性能稳定，被广泛应用于生物水凝胶的制备[1]，如蛋白质分离[2’3]、药物释放[4’5]、土壤 改良剂[6]等.由于PAAM水凝胶的机械强度较低，使其在强度要求相对较高的领域，如人工肌肉骨髂、记忆开关元件、机械传动装置及生物传感器等的应用受到很大的限制.传统的提高水凝胶机械强度的方法有增加交联密度、降低凝胶溶胀度、引人纤维状增强剂、制备互穿网络（IPN)等[7]，但操作较繁琐，或对水凝胶的机械性能的改善能力有限，或改变了 PAAM其本身的性能，使PAAM水凝胶应用受限.传统的凝胶以I，亚甲基双丙烯酰胺为化学交联剂来制备.近年来，诸多研究者按此模式，通过 构建聚合物的交联来改变水凝胶的机械强度，如构 建拓扑结构[8]、双网络结构[9_11]、复合结构[12]，及加 人纳米凝胶作为交联剂制备水凝胶[m5]等.利用活收稿日期20164)9-14作者简介肖新才（1971-)，男，教授，博士，研究方向:药用高分子材料，E-mail:xcxiao@mail,基金项目国家自然科学基金资助项目（21276287,20976202);中央高校基金科研业务费专项（CZW15017);中南民族大 学学术团队资助项目（XTZ 15013)48中南民族大学学报（自然科学版)第36卷性纳米粒子如锂皂石[15]、氧化石墨烯[16]、离子[17]、二氧化硅[18]、粘土[19]、活性纳米凝胶[2°]等代替传统的交联剂来制备水凝胶，虽能大大提高水凝胶的机械性能，但过程复杂，影响因素不易控制，成本 增加.利用材料自身形成微凝胶作为交联剂制备高弹 的水凝胶，由于没有其他粒子的加人，制备的凝胶成 分更纯，性能更易控制，且制备过程简易、方便，具有 很强的实用性.制备微凝胶的方法较多，如谭雪梅等[21]采用反相微乳液聚合法、自组装辅助聚合法[22_24]、光聚合法[25]等.本文采用采用微凝胶制备高弹性PAAM水凝胶，为简化实验操作，采用沉降聚合法[2°](制备过程见图1)，并探讨了丙烯酰胺的 浓度、凝胶成型温度、微凝胶与水的比例等因素对聚 丙烯酰胺水凝胶弹性性能的影响，以期获得制备高 弹性PAAM水凝胶的相关条件，为开发高弹性PAAM的新应用奠定基础.图1微凝胶法制备PAAM水凝胶示意图Fig. 1 Schematic illustration of proposed model of PAAM hydrogels 1实验方法1.1材料和仪器丙烯酰胺（A A M，99. 9%)、iV，iV-亚甲基双丙烯 酰胺（BIS)购于Bioshaip公司，过硫酸铵（APS,AR 级）、十二焼基硫酸钠（C P级）、无水乙醇（分析纯）购于中国医药集团上海化学试剂有限公司.真空冷冻干燥仪（DRY-LYO型，丹麦HETO)，DF-10V S型集热式恒温磁力搅拌、SHZ-DIII型循环 水真空泵（巩义市予华仪器），电热鼓风干燥箱(101-1A型，天津市泰斯特），电子天平（AR2140 型，上海奥豪斯），透射扫描电镜（FEI Tecnai G20 S-Twin型，200 kV)，低温恒温槽（DC>0506,武汉世纪超杰），场发射电镜（SU8010,日本HITACHI)，高铁 伺服控制拉力试验机(AI-7000M，高铁检测仪器）•1.2活性PAAM微凝胶的制备利用沉降聚合法制备微凝胶:取50 m L水于三 5页烧瓶中，通氮气5 min后加人0.71 g (0.01 mol) AAM,搅拌溶解，加人 0.0616 g(4 mmol)BIS, 0.027 g APS,搅拌溶解，再加人0.27 g十二烷基硫 酸钠（表面活性剂），溶解完全后，于60T水浴中反应，转速为 300 r/min，反应 10，15，20，25，30，35，40，45，50 min后，置于冰水浴中终止反应.1.3 PAAM水凝胶的制备取一定量的PAAM微凝胶和一定量的水，加人 一定量的AAM(具体用量见表1)，搅拌溶解，通5 min氮气，将其倒人两头开口的玻璃管中，封好，置 于一定温度下反应24 h，即得PAAM凝胶，放置，进 行拉伸试验，检测它的抗拉伸能力，将凝胶冻干，备用•表1制备PAAM水凝胶的成分比例Tab. 1 Ingredient proportions of for preparation of PAAM hydrogels PAAM水凝胶 c (AAM ) / (mol • L _ 1)W微凝胶：超纯水）PAAMta-tb-0.80.801:1 PAAMta-tb-1.06 1.061:1 PAAMta-tb-1.33 1.331:1 PAAMta-tb-1.60 1.601:1 PAAMta-tb-1.86 1.861:1 PAAMta-tb-2.13 2.131:1PAAM45-50-1 1.603:1PAAM45-50-2 1.602:1PAAM45-50-3 1.601:2PAAM45-504 1.601:3PAAM45-50-5 1.601:4注:ta表示PAAM微凝胶的聚合时间;tb表示制备PAAM凝胶柱时 的反应温度1.4微凝胶形貌和粒径的表征取一定量的微凝胶溶液，用动静态仪测量其粒径.在微凝胶溶液中加人〇.3%的阻聚剂，用截留分子量为12000 ~ 14000的透析袋装好，置于超纯水中透析7 d，每天换2次水，冷冻干燥，取适量表面镀 金，置于场发射电镜下观察其结构.1.5凝胶拉伸测试和形貌表征将制备成型的水凝胶从模具中取出、洗净，用高 铁伺服控制拉力试验机作力学性能检测，拉伸率的 计算公式为：拉伸率(％)=伸长量/初始长度x100%，（1)由虎克定律:W= 为凝胶柱变化长度J为凝胶柱初长度，4为凝胶柱截面积，F为凝胶柱受的拉力，得PAAM凝胶柱的弹性模量第1期肖新才，等:高弹性聚丙烯酰胺水凝胶的制备及拉伸性能研究49计算公式为：E= —.(2)S将制备成型的水凝胶冷冻干燥，切出横切面，切 面镀金，置于场发射电镜下观察其结构.2结果与分析2.1活性微PAAM水凝胶的形貌观察取适量微凝胶溶液，于透射电镜下观察，结果见 图2.由图2可见，活性PAAM微凝胶为分为大小两 类粒子，粒子均类似球状，不规整，随着反应时间的 加长，由于表面活性剂的作用，微凝胶的直径微增大.而沉降聚合法中表面活性剂的加人延长了成核时间和沉淀时间，控制了微凝胶的粒径.表面活性剂能包裹在聚合物的表面，阻碍聚合反应的进行，使 其得直径约为300 ~ 400 nm.a) 35 min；b) 40 min；c) 45 min图2不同反应时间下透射电镜下的微凝胶Fig. 2 TEM of microgels under different reaction time图3为反应40 m in的微凝胶的扫描电镜图•由 图3可见，微凝胶表面不平整，呈菊花状，上面分布 一些小粒子（尺寸约几十纳米），球形度不规整，尺 寸不均一，与透射电镜结果相符.图3反应40 m in的微凝胶的扫描电镜图Fig. 3 SEM photograph of microgels under reaction for 40 min2.2以微凝胶作为交联剂制备PAAM水凝胶的影响因素2.2.1微凝胶聚合时间对凝胶柱弹性的影响图4为不同微凝胶聚合时间下制备凝胶柱的横 截面的扫描电镜图.由图4可见，不同交联剂制备的凝胶微观结构存在着一定的区别.化学交联剂法 制备的凝胶表现出大孔洞结构，以15 min微凝胶制 备的凝胶，其微观结构与化学交联剂法制备凝胶一致;当微凝胶反应40 m in时，凝胶结构为细小的密集的孔洞，孔边缘薄;45 min则孔洞更细.故微凝胶的反应时间越长，凝胶柱微观结构中孔洞越密集，微 凝胶增加了 PAAM链条之间交联的均匀性，形成的 凝胶具有多孔结构.单体发生聚合反应时，以微凝 胶为聚合中心，利用上面的活性键进行结合，微凝胶 作为交联剂和引发剂来开始A A M的聚合反应，有 规律地进行PAAM链条的增长.a)以BIS为交联剂制备凝胶；b) PAAM35-50-1.60；c) PAAM40-50-1.60；d) PAAM45-50-1.60图4凝胶柱横截面的扫描电镜图Fig. 4 SEM photograph of cross section of gel columns图5为不同聚合时间微凝胶制备的凝胶柱断裂 时的最大伸长率和最大的力.W聚合时间对最大拉沖力的影响图5不同聚合时间对凝胶柱弹性的影响Fig. 5 Effect of different polymerization time on elasticity of gel columns图5a中当A A M浓度一定，聚合时间10〜35 min时，PAAM凝胶柱伸长率无明显影响，40 min 时，凝胶的最大伸长率突然变大，直至50 min后.图5b中35 min前凝胶的拉力变化不大，4〇m in时凝 胶柱的最大拉伸力变大，45 min后又降低，由于凝胶50中南民族大学学报（自然科学版)第36卷的刚性变小，使得达到同一长度的拉力变小.由于聚 合40 m in的微凝胶处于突变点上，性能不稳定，故 后续实验均采用聚合45 min的微凝胶制备凝胶柱_ 2. 2. 2 AAM浓度对凝胶柱弹性的影响图6为AAM浓度对凝胶柱弹性模量的影响.利 用反应45 m in的微凝胶制备凝胶柱，50t下反应，图6中可见随着单体AAM的增加，凝胶柱的弹性模 量和刚性也变大，由于随着单体量的增加，凝胶柱的 内部结构变得紧密，拉伸所需要力也越大，故凝胶柱 的弹性模量增大.0,80 1,06 1.33 5.60 IS6 2.B_a〇Si-!)图6不同AAM浓度对凝胶柱弹性模量的影响Fig. 6 Effect of different concentrations of AAM on elasticity modulus of gel column2.2.3微凝胶与水比例对凝胶柱弹性的影响图7为微凝胶与水比例对凝胶柱弹性的影响. 取聚合45 min的微凝胶，用不同量的水对其进行稀 释，在501下制备凝胶柱，图7中当微凝胶的量和水的体积比为1:1时，凝胶柱的弹性模量最大，增 加或减少微凝胶的量均使弹性模量减小；当微凝胶 与水的体积比大于1:1时，由于微凝胶过多，使 AAM单体成聚合物后聚合物之间接点变多，凝胶的 柔韧性变大;当微凝胶于水的体积比小于1:1时，作为接点的微凝胶减少，AAM单体间聚合不牢固，出现滑动，使拉伸到一定长度的拉力变小，凝胶柱的 弹性模量变小.胶冰^图7同微凝胶与水比例对凝胶柱弹性的影响Fig. 7 Effect of different volume ratio of microgels and water on elasticity of gel column2.2.4反应温度对凝胶柱弹性的影响图8为改变凝胶柱的制备温度对凝胶柱弹性模量的影响.由图8可见，反应温度越低，凝胶的弹性模量越大，随着反应温度增高，凝胶柱的柔钿性变大，温度越低反应时间越长，35T时凝胶柱彻底成型 需要3 d以上，而到了 70丈只需要约1h就能凝固. 说明凝胶柱成型温度对凝胶柱的刚性有一定影响，低温成型的凝胶由于成型时间长，AAM单体缓慢聚 合，使骨架比较规整，弹性模量大;而高温下AAM 单体暴聚，使得聚合物骨架较松散，故弹性模量小，刚性小.30 40 50 m70 marc图8不同温度下制备的凝胶柱的拉伸受力Fig. 8 Effect of different temperature on elasticity properties4结语采用微凝胶法，制备了具有高弹性的PAAM水 凝胶，当微凝胶聚合时间达到40 m in时，水凝胶弹性急剧增加，时间越长，利用其制备的水凝越柔软，弹性模量越小.随着AAM单体量的增加，水凝胶的 硬度变大.在微凝胶和水的体积比为1:1时，凝胶 柱的弹性模量最大.制备凝胶柱的反应温度越高，弹性模量越小，而成型越快.参考文献[1 ]L a b arre D，L a u ren t A, L au tier A, et al. 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