改性聚N-异丙基丙烯酰胺的合成及热敏性研究

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。

光聚合法制备聚（N-异丙基丙烯酰胺／2-甲基丙烯酸）水凝胶及其pH敏感性研究1. 绪论介绍水凝胶及其在生物医学领域的应用，引出该论文的研究目的和意义。

2. 实验部分2.1 光聚合法合成（N-异丙基丙烯酰胺／2-甲基丙烯酸）水凝胶详细介绍实验步骤和条件，包括材料、设备、光聚合反应条件等。

2.2 形态和结构表征通过扫描电镜、傅里叶红外光谱等手段对所得产物的形态和结构进行表征。

3. pH敏感性研究3.1 pH响应性能的测定分别在不同pH值下测定水凝胶的质量变化情况，探究其 pH 响应性能，得到其 pH 响应范围。

3.2 pH响应机理的探究通过对水凝胶内部结构的分析，探究其 pH 响应机理，如离子交换、质子化反应等。

4. 应用实践4.1 药物缓释以水溶性药物为模型药，探究 pH 值对药物缓释速率的影响。

4.2 细胞毒性实验通过细胞毒性实验，评估水凝胶在医学应用中的生物相容性。

5. 结论和展望总结研究结果，探讨水凝胶的应用前景，并提出未来的研究方向。

1.绪论1.1 研究背景水凝胶是一种具有可逆结晶特性的高分子材料，其具有许多优良性质，如生物相容性好、可控性强、透明度高等，已被广泛应用于生物医学、水处理、食品和化妆品等领域。

其中，在生物医学领域，水凝胶被广泛应用于药物缓释、组织工程、人工器官等方面。

而在这些应用中，pH敏感性是水凝胶最受关注的性质之一。

随着对生理环境的深入研究，人们发现许多疾病的发生与细胞内外的pH调节失调有关，pH敏感的水凝胶因其具有的响应性能和可控性，在生物医学领域具有广阔的应用前景。

1.2 研究目的和意义本研究旨在利用光聚合方法制备(N-异丙基丙烯酰胺／2-甲基丙烯酸)的pH敏感水凝胶，并通过研究其响应性能和应用实践，探讨水凝胶在医学应用中的潜力。

具体地，将在以下几个方面进行研究：1. 合成NIPA/MAA水凝胶及其形态和结构表征。

2. 探究NIPA/MAA水凝胶的pH响应性能，如响应范围、机理等。

温敏性高分子材料的合成与性能研究温敏性高分子材料是一类具有特殊性质的材料，其性能可以由温度变化而改变。

这种材料具有广泛的应用前景，如药物缓释、生物传感、智能纳米器件等。

为了满足不同应用领域的需求，研究人员一直在努力合成具有不同性能的温敏性高分子材料。

在温敏性高分子材料的合成中，聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAM）是最常用的材料之一。

PNIPAM具有独特的热响应性质，其在低温下呈溶胶状态，在高温下则形成胶体凝胶。

这种特性使得PNIPAM在药物缓释中具有巨大的应用潜力。

为了改善PNIPAM的温敏性能，研究人员不断通过合成方法的改进来提高材料的性能。

例如，通过聚合反应中添加交联剂，可以提高PNIPAM的热稳定性和力学性能。

此外，还可以通过化学修饰PNIPAM分子的末端基团，改变材料的温敏性能。

除了PNIPAM，还有其他温敏性高分子材料的合成和性能研究。

例如，聚丙烯酸钠（PAA）是一种具有温敏性的材料，具有优良的溶胀性质。

PAA在低温下呈现溶胶态，而在高温下形成凝胶。

这种性质使得PAA在智能纳米器件中具有广泛的应用前景。

为了进一步探索温敏性高分子材料的性能，研究人员还结合了其他材料来进行合成。

例如，将金属纳米粒子引入温敏性高分子材料中，可以调节材料的电学性能，并赋予材料新的性质。

此外，研究人员还研究了温敏性高分子材料在生物传感中的应用。

通过引入具有特定识别性的分子，可以实现对生物分子的高选择性检测。

在温敏性高分子材料的合成与性能研究中，近年来出现了一些新的技术和方法。

例如，利用激光技术可以实现对材料的精确控制。

通过激光光束的聚焦，可以在微观尺度上进行材料的合成和改性。

此外，纳米技术也为温敏性高分子材料的研究提供了新的思路。

通过调控纳米颗粒的形貌和组成，可以改变材料的光学、电学和磁学性能。

总的来说，温敏性高分子材料的合成与性能研究是一个前沿而有挑战性的领域。

通过不断改进合成方法和研究新的应用领域，可以使这类材料更好地服务于人类的需求。

热敏性聚（N－异丙基丙烯酰胺）类材料的研究热敏性聚（N－异丙基丙烯酰胺）(PNIPAAm)类高分子材料属于智能高分子材料。

1967年Scarpa首次报道了PNIPAAm水溶液在31℃具有最低临界溶液温度(LCST)后，PNIPAAm引起了科学工作者的广泛关注。

PNIPAAm的大分子链上同时具有亲水性的酰氨基和疏水性的异丙基，使线型PNIPAAm的水溶液，以及交联后的PNIPAAm水凝胶都呈现出温度敏感特性。

当溶液体系的温度升高到30℃-35℃之间时，溶液发生相分离，表现出最低临界溶液温度(LCST)。

利用PNIPAAm在LCST附近发生可逆相转变的特性，可以将PNIPAAm设计成分子开关，制备多种智能高分子材料。

这些高分子材料在生物医学、免疫分析、催化、分离提纯等领域都有广泛的应用。

4.1生物医学工程中的应用近年来，国内外的研究学者对PNIPAAm聚合物及其水凝胶，在生物医学工程领域中的应用做了许多研究工作，并发现了PNIPAAm许多新的性质[76－78]。

4.1.1药物控制释放利用PNIPAAm的热敏性进行药物控制释放，研究的热点主要是PNIPAAm水凝胶和PNIPAAm纳米粒子体系。

国内著名学者卓仁禧教授对PNIPAAm热敏性水凝胶的相转变理论和应用都做了许多研究工作[79-82]。

PNIPAAm对药物进行控制释放有下面三种情况：①在PNIPAAm水凝胶体系中，当体系温度在LCST以上时，水凝胶的表面会发生收缩，导致表面的水化层收缩，形成薄的致密皮层。

这种致密的皮层阻止了PNIPAAm水凝胶内水分和药物向外释放；体系温度低于LCST时，水凝胶表面皮层溶胀，此时药物可以从体系中释放。

②在以PNIPAAm分子链接枝的聚合物微球体系中，当体系温度在LCST以下时，PNIPAAm的接枝链会在水中伸展，彼此之间交叉覆盖，导致微球孔洞的阻塞，包裹在微球内的药物扩散释放受阻；体系温度在LCST以上时，接枝的大分子链会进行自身收缩，微球表面的孔洞会显现出来，药物可以顺利的扩散到水中，达到控制释放目的。

第19卷第3期2001年9月胶体与聚合物Ch inese Jou rnal of Co llo id&po lym erV o l.19　N o.3Sep.2001N-异丙基丙烯酰胺共聚物的温度敏感性研究Ξ陈　瑜　陈明清ΞΞ　刘晓亚　杨　成(江南大学化学与材料工程学院,无锡,214036)摘　要　通过自由基聚合合成了N-异丙基丙烯酰胺和甲基丙烯酸甲酯及甲基丙烯酸的共聚物。

研究了甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸的加入对聚N-异丙烯酰胺温度敏感性的影响,并考察了溶液中盐浓度和pH对共聚物温度敏感性的影响。

关键词　聚N-异丙基丙烯酰胺;温度敏感性;pH敏感性聚N-异丙基丙烯酰胺(PN IPAAm)是一种具有温度敏感性的聚合物,当温度加热至其水溶液的低临界溶解温度(L CST)之上时,PN IPAAm会与水发生相分离,导致其水溶液混浊[1]。

这种温敏性聚合物已被用来制成凝胶[2]、微球[3]等,并广泛地应用于药物输送、生物活性分子分离[4]、催化[5]等领域。

用N IPAAm和其它单体共聚合成功能性高分子材料在化学、材料、生物技术等研究领域有着广阔的应用前景。

本文用N IPAAm与甲基丙烯酸甲酯(MM A)及甲基丙烯酸(M AA)进行自由基共聚合成温敏性共聚物,研究其水溶液的相分离温度,并考察了添加盐和改变pH值对其影响。

1　实验部分1.1　试剂及仪器11111　试剂　甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸(化学纯,中国医药上海化学试剂公司生产)经减压蒸馏提纯。

N-异丙基丙烯酰胺(日本兴人株式会社生产)经正已烷重结晶提纯。

偶氮二异丁腈(A I BN,日本和光株式会社生产)经乙醇重结晶提纯。

其它试剂和药品均为分析纯。

11112　仪器　U V-100紫外-可见分光光度计(北京瑞利分析仪器公司),PH S-3C酸度计(上海雷磁仪器厂),A gilen t1100凝胶色谱(A gilen t T echno logies Co,L td)。

新型聚（N-异丙基丙烯酰胺）类温敏性微凝胶的合成与表征聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)类响应性微凝胶胶粒因在药物控制释放、生物物质分离和光子晶体等领域有着广阔的应用前景,而备受人们关注。

制备流体力学直径(D_H)小、单分散性好、稳定性高、表面无污染等特征的微凝胶成为这一领域需要解决的重要课题。

本文从分子设计的角度出发,通过改变交联剂种类、加料方式和聚合方法,以及引入疏水性单体改性等途径以制备小粒径、单分散性良好的、新型的具有温度响应性能的PNIPAM类微凝胶;系统地研究了所得微凝胶的结构形态、单分散性和相转变行为;同时将微凝胶作为添加剂用于制备具有快速响应性和高力学性能的水凝胶;取得了以下主要研究结果:1.以N,N＇-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)作为化学交联剂,丙烯酸叔丁酯(tBA)为功能性单体,与N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)共聚,采用无皂乳液聚合方法(SFEP)合成出具有温敏性的poly(NIPAM-co-tBA)微凝胶,详细地研究了MBA和tBA含量对PNIPAM微凝胶结构形态和体积相转变温度(VPTT)的影响。

结果表明,poly(NIPAM/MBA)和poly(NIPAM-co-tBA)微凝胶粒径单分散性好,表面无污染,水中分散稳定性高,在33℃左右发生体积相转变。

当MBA/NIPAM的摩尔比从5.65%增加至22.58%,微凝胶的粒径先下降后升高,VPTT略有增加,相变温度范围变宽。

当tBA/NIAPM的摩尔比从12.90%增加至38.71%,胶粒呈有序排列,可形成胶态晶体;VPTT从33℃下降到18℃,范围变宽;消溶胀度从23下降至12,D_H在800～200nm。

2.采用锂蒙脱石(Hectorite)作为物理交联剂,疏水性单体tBA作为第二共聚单体,由SFEP方法制备了poly(NIPAM/Clay/tBA)微凝胶。

结果表明,剥离的锂蒙脱石片层作为交联剂,是以氢键、离子键或配位键与polyNIPAM分子链作用,交联点分布均匀,且交联效率高;所得微凝胶分散液经离心后呈淡蓝色,D_H在150～360nm,VPTT范围窄化;当Hectorite/NIPAM的重量比从7%增加至28%时,poly(NIPAM/clay)微凝胶的VPTT 基本维持在32℃,但温度敏感性下降,D_H先下降后增加,消溶胀率先增加后下降;随tBA含量的增加,poly(NIPAM/tBA/clay)微凝胶的单分散性增加,温度敏感性降低,D_H先下降后增加,VPTT逐渐下降。

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。