下载文档原格式
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。
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。
第1篇一、实验目的1. 了解水凝胶的基本原理和制备方法。
2. 掌握水凝胶的制备过程，提高实验操作技能。
3. 探究不同制备条件对水凝胶性能的影响。
二、实验原理水凝胶是一种具有三维网络结构的亲水高分子材料，具有良好的生物相容性、生物降解性和力学性能。
水凝胶的制备方法主要有物理交联法和化学交联法。
本实验采用化学交联法，利用交联剂使单体发生聚合反应，形成水凝胶。
三、实验材料与仪器1. 实验材料：聚乙烯醇（PVA）、交联剂（NaOH）、NaCl、蒸馏水等。
2. 实验仪器：电子天平、烧杯、磁力搅拌器、水浴锅、玻璃棒、滴定管、移液管等。
四、实验步骤1. 准备溶液：称取一定量的PVA，加入适量的蒸馏水，在磁力搅拌器上加热溶解，得到PVA溶液。
2. 配制交联剂：称取适量的NaOH，加入适量的蒸馏水，得到NaOH溶液。
3. 混合溶液：将PVA溶液与NaOH溶液按一定比例混合，搅拌均匀。
4. 添加NaCl：在混合溶液中加入一定量的NaCl，搅拌均匀。
5. 制备水凝胶：将混合溶液倒入烧杯中，放入水浴锅中加热，观察溶液的变化。
当溶液出现凝胶状时，停止加热。
6. 冷却：将水凝胶取出，放入冷水中冷却，使其凝固。
7. 切割：将水凝胶切割成一定大小的块状，进行性能测试。
五、实验结果与分析1. 不同PVA浓度对水凝胶性能的影响：实验结果表明，随着PVA浓度的增加，水凝胶的溶胀率和力学性能逐渐提高，但水凝胶的透明度逐渐降低。
2. 不同交联剂浓度对水凝胶性能的影响：实验结果表明，随着交联剂浓度的增加，水凝胶的溶胀率和力学性能逐渐提高，但交联剂浓度过高会导致水凝胶的力学性能下降。
3. 不同NaCl浓度对水凝胶性能的影响：实验结果表明，随着NaCl浓度的增加，水凝胶的溶胀率和力学性能逐渐降低，但水凝胶的透明度逐渐提高。
六、实验结论1. 通过化学交联法成功制备了水凝胶，并对其性能进行了测试。
2. 实验结果表明，PVA浓度、交联剂浓度和NaCl浓度对水凝胶的性能有显著影响。
多糖类凝胶灭菌方式的研究赵晶;蒋丽霞;董冰冰【期刊名称】《中国医药指南》【年(卷),期】2018(016)018【摘要】目的探索多糖类凝胶的终端灭菌方式,为确定多糖类凝胶最佳终端灭菌方法提供依据.方法以几丁糖凝胶、透明质酸钠凝胶为典型代表,采用三种常用的终端灭菌方法(湿热灭菌、环氧乙烷灭菌、60Co-γ 灭菌)对凝胶进行终端灭菌,通过考察灭菌前后重均分子量等主要性能指标的变化考察不同灭菌方式对多糖类凝胶产品性能的影响.结果湿热灭菌后几丁糖凝胶的重均分子量大幅度降低,而透明质酸钠凝胶的变化较小;经环氧乙烷灭菌,凝胶内的环氧乙烷残留较高,解析较慢;经60Co-γ 灭菌后,注射器变色明显,几丁糖重均分子量降低50％以上,透明质酸钠凝胶降低99％以上.结论环氧乙烷灭菌和辐照灭菌终端灭菌方式均不适用于多糖类凝胶的终端灭菌,而湿热灭菌的选择则取决于凝胶本身的性质和临床需求.【总页数】2页(P48-49)【作者】赵晶;蒋丽霞;董冰冰【作者单位】上海其胜生物制剂有限公司,上海 201106;上海其胜生物制剂有限公司,上海 201106;上海其胜生物制剂有限公司,上海 201106【正文语种】中文【中图分类】R318.08【相关文献】1.聚丙烯酸钠-纤维素多糖类互穿网络水凝胶的制备及溶胀特性研究 [J], 杨哪;徐学明;金征宇;赵建伟;黄莎莎;曾银2.多糖类微凝胶的制备及其在缓控释给药系统中的应用 [J], 周琪;徐玉福;何红波;姚日生;邓胜松;何葆芳3.压力蒸汽不同灭菌方式、干燥时间与灭菌效果的相关性研究 [J], 陈金雅;邓小英;刘春彩;吴笑环;赵华玉4.多糖类水凝胶在口服缓控释制剂中的应用 [J], 李欣;周四元;梅其炳;张邦乐5.地塞米松温敏水凝胶的制备及其灭菌方式和细胞毒性研究 [J], 华晓雨;孙桐;玄光善因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
聚丙烯酸系列水凝胶的应用∗刘展晴【摘要】聚丙烯酸是一种水溶性有机高分子，用它开发出的系列水凝胶已经得到了广泛的应用。
本文介绍了聚丙烯酸系列水凝胶在吸附剂、吸水保水剂、制退热贴、药物释放及复合成智能水凝胶等方面的应用。
%Polyacrylic acid series hydrogel prepared from a kind of water-soluble organic polymer solvent has got extensive application. The applications of polyacrylic acid series hydrogelin adsorption,water absorption and water retention agent,cooling gel, drug carrier and drug release, composite the polyacrylic acid of intelligent hydrogel, etc. ,were introduced in this paper.【期刊名称】《合成材料老化与应用》【年(卷),期】2015(000)001【总页数】4页(P105-108)【关键词】聚丙烯酸;水凝胶;吸附;敏感性【作者】刘展晴【作者单位】渭南师范学院化学与生命科学学院，陕西渭南714000【正文语种】中文【中图分类】O631;TB34;TQ31聚丙烯酸是一种性能特异的水溶性有机高分子，水凝胶是由亲水性高分子交联而成的一类特殊的湿软性材料，其结构由水溶剂和三维网络结构的高分子组成，能够在水中显著溶胀但不溶解［1］。
用聚丙烯酸开发出的聚丙烯酸系列水凝胶已经得到广泛的应用。
根据水凝胶对受外界刺激(如温度、pH值、溶剂、光等)时做出的反应情况的不同，可分为环境敏感型水凝胶(智能水凝胶)和传统水凝胶［2］。
智能水凝胶能够感知外界的微小刺激，在药物释放［3］等领域有着广阔的应用前景。
聚丙烯酸水凝胶在制备智能材料中的应用研究近年来，随着科技的不断发展，智能材料成为了材料科学领域的研究热点。
智能材料具有响应外界刺激并产生特定功能的特点，因此在诸多领域得到了广泛的应用，例如生物医学、光电子学和机械工程等。
聚丙烯酸水凝胶作为一种常见的材料，其具有良好的应变能力和吸水性能，被广泛研究和应用于制备智能材料中。
聚丙烯酸水凝胶属于一种能通过吸水自发膨胀的高分子材料。
其分子结构中含有大量的羧基，因此具有良好的亲水性和吸水性能。
在水分子的作用下，聚丙烯酸水凝胶能够迅速吸收大量水分并膨胀，形成一种类似凝胶状的结构。
同时，由于聚丙烯酸的分子链在水分子的作用下会发生转变，从线性构型转变为三维网状构型，使得聚丙烯酸水凝胶具有用于制备智能材料的潜力。
聚丙烯酸水凝胶在制备智能材料中的应用主要体现在以下几个方面：1. 温度敏感材料：利用聚丙烯酸水凝胶对温度的敏感性，可制备温度敏感材料。
在一定温度范围内，聚丙烯酸水凝胶的体积会随温度的变化而发生明显的变化。
因此，可以利用这种性质制备智能温度传感器、温度响应纳米粒子等材料，用于温度监测、控制和调节。
2. pH敏感材料：聚丙烯酸水凝胶对pH的响应性能也为制备pH敏感材料提供了可能。
当聚丙烯酸水凝胶与酸性或碱性溶液接触时，会发生离子交换，导致凝胶的体积和形态的变化。
基于这一机制，可以制备智能的pH传感器、溶液释放器等用于生物医学和环境监测等领域的材料。
3. 光敏感材料：聚丙烯酸水凝胶还具有对光的敏感性能。
在特定波长的光照下，聚丙烯酸水凝胶中的某些功能基团会发生光化学反应，导致凝胶的体积和形态的变化。
基于这一性质，可以制备智能光开关、光敏医用材料等。
4. 电敏感材料：聚丙烯酸水凝胶的电导性质和响应性也为制备电敏感材料提供了一种途径。
通过将导电性物质引入聚丙烯酸水凝胶中，可以形成电敏感凝胶。
这种凝胶可以在外加电场作用下发生形状变化，被用于微机电系统（MEMS）和人工肌肉等领域。
水凝胶的溶胀性与抗张强度高分子凝胶是由具有网状结构的聚合物和溶剂组成的。
水凝胶在水中可显著溶胀。
溶胀性是指凝胶吸收液体后自身体积明显增大的现象，这是弹性凝胶的重要特性，凝胶的溶胀可分为两个阶段：第一阶段是溶剂分子钻入凝胶中与大分子相互作用形成溶剂化层，此过程很快，伴有放热效应和体积收缩现象（指凝胶体积的增加比吸收的液体体积小）第二阶段是液体分子的继续渗透，；这时凝胶体积大大增加。
溶胀的大小可用溶胀度（swelling capacity）来衡量。
交联高聚物的溶胀过程实际上是两种相反趋势的平衡过程,溶剂试图渗透到网络内部,使体积溶胀导致三维分子网络的伸展,交联点之间的分子链的伸展降低了它的构象熵值,分子网络的弹性收缩力,力图使网络收缩。
当两种相反的倾向互相抵消时,达到溶胀平衡。
高分子凝胶的溶胀特性与溶质和溶剂的性质、温度及网络交联结构有关。
温度敏性水凝胶是指能随环境温度变化发生体积突变现象的一类水凝胶。
这种凝胶具有一定比例的疏水和亲水基团，温度的变化可影响这些基团的疏水作用以及大分子链间的氢键作用，从而使凝胶结构改变，发生体积变化。
由于温度敏感性水凝胶的独特响应性，在药物可控释放、生物传感器、生物机械以及膜分离系统等方面有着极其重要的应用价值。
自20世纪80年代Tanaka 等报道了聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAAm)水凝胶的温度敏感性后，水凝胶的温度敏感性受到了广泛的关注。
聚N-异丙基丙烯酰胺凝胶属于低温溶解型温度敏感性水凝胶，它在较小的温度范围内可表现出明显的亲水和疏水变化，从而表现出低温溶胀高温收缩的性能，其临界溶解温度下限在32℃左右。
Inomata，Seker以及Kim等分别合成了N取代基不同的聚N取代丙烯酰胺类水凝胶，较深入地探讨了这类水凝胶的温度敏感性机理。
Takei 等研究发现，当NIPAm与亲水单体共聚时，聚合物的临界溶解温度会升高; 与疏水单体共聚时，聚合物的临界溶解温度则下降。
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。
PVA水凝胶的制备与研究关键词：PVA水凝胶制备研究表征应用摘要：简要评述了聚乙烯醇水凝胶的制备方法,评述了PV A水凝胶的研究现状与前景展望，详细介绍了本课题传统PV A水凝胶及温敏性凝胶的制备测试方法，总结了凝胶的应用，并展望了未来PV A水凝胶的发展趋势。
高分子凝胶是基础研究以及技术领域的一种重要材料。
凝胶是指溶胀了的高分子聚合物相互联结，形成三维空间网状结构，又在网状结构的空隙中填充了液体介质的分散体系。
近几年，高分子水性凝胶（又被称为水凝胶）的研究获得了极大的重视。
水凝胶是一种网络结构中含有大量水而不溶于水的高分子聚合物，具有良好的柔软性、弹性、储液能力和生物相容性，在生物医学和生物工程中具有广泛的用途。
常见的水凝胶有聚酰胺水凝胶、聚乙烯醇水凝胶、聚N-异丙基丙烯酰胺温敏性水凝胶等。
本课题主要针对于PV A水凝胶。
1 PV A水凝胶的制备PV A水凝胶的制备按照交联的方法可分为化学交联和物理交联。
化学交联又分辐射交联和化学试剂交联两大类。
辐射交联主要利用电子束、γ射线、紫外线等直接辐射PV A溶液，使得PV A分子问通过产生自由基而交联在一起。
化学试剂交联则是采用化学交联剂使得PV A分子间发生化学交联而形成凝胶，常用的交联剂有醛类、硼酸、环氧氯丙烷以及可以与PV A通过配位络台形成凝胶的重金属盐等等。
物理交联主要是反复冷冻解冻法。
1.1 物理交联法通过物理交联法制备聚乙烯醇水凝胶，报道中最多的是使用“冷冻-熔融法”和“冻结-部分脱水法”两种方法。
反复冻融法是将一定浓度的PV A水溶液在-10~-40℃冷冻1d左右，再在25℃条件下解冻1~3h，即形成物理交联的PV A水凝胶。
将其反复冷冻、解冻几次后，就可以使其一些物理性能和机械性能等有很大的改善。
冷冻使水溶液中的PV A的分子链在某一时刻的运动状态“冻结”下来，接触着的分子链可以发生相互作用及链缠结，通过范德华力和氢键等的物理作用紧密结合，在某一微区不在分开，成为“缠结点”。
聚丙烯酸水凝胶的制备研究孟立山;李书静;姚新建【摘要】以丙烯酸为单体,N,N'-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,过硫酸铵为引发剂,通过自由基聚合制备了聚丙烯酸水凝胶.考察了交联剂、引发剂、单体中和度、聚合温度以及盐溶液对水凝胶溶胀性能的影响.结果表明,引发剂为单体质量的0.6％,交联剂为0.8％,单体的中和度为70％时,凝胶的溶胀性能最佳,吸水率达到了3 000％以上,聚丙烯酸水凝胶的溶胀性能随着盐溶液浓度的增大而降低.【期刊名称】《应用化工》【年(卷),期】2014(043)002【总页数】3页(P222-224)【关键词】聚丙烯酸;水凝胶;溶胀率【作者】孟立山;李书静;姚新建【作者单位】周口师范学院化学化工学院,河南周口466001;周口市安全生产应急救援指挥中心,河南周口466000;周口师范学院化学化工学院,河南周口466001;周口师范学院化学化工学院,河南周口466001【正文语种】中文【中图分类】TQ314.253水凝胶具有介于液体与固体之间的三维网络，是一种能吸收大量水分溶胀而不溶解的高分子聚合物，它能够吸收相当于自身质量数百倍甚至是上千倍的水分［1］。
根据水凝胶对外界刺激不同的响应情况，可把水凝胶区分为两大类:①传统型水凝胶，对环境的变化不特别明显;②智能型水凝胶，对外界溶剂、温度、pH、声波、电场、磁场、光、压力、离子强度等的微小变化与刺激进行响应［2-3］，并且能够针对变化采取相应的“对策”，水凝胶自身的构象、相结构、极性、组织结构等性质能随之变化，表现出智能特性。
因而在各种酶催化开关、肥料的缓控释、分离膜的制作、柔性执行元件、活性酶包埋、生物传感器、癌症分子诊断、药物的控制释放、微机械、凝胶萃取以及其他的物质分离提纯方法、细胞等生物材料培养等方面有着十分广阔的应用前景［4-5］。
聚丙烯酸类水凝胶中含有大量羧基亲水基，是典型的pH 敏感型水凝胶。
目前有关丙烯酸类水凝胶的合成仍是人们研究的热点。
第28卷第1期2009年1月 食品与生物技术学报Journal of Food Science and Biotechnology Vol.28 No.1Jan. 2009 文章编号:167321689(2009)0120048205 收稿日期:2008201208 基金项目:教育部新世纪优秀人才计划项目(NCET 20720379)。
3通讯作者:徐学明(19682),男,江苏苏州人,工学博士,教授,博士生导师,主要从事食品货架延长技术研究。
Email :xmxu @聚丙烯酸钠2纤维素多糖类互穿网络水凝胶的制备及溶胀特性研究杨哪1, 徐学明31,2, 金征宇1,2, 赵建伟1,2, 黄莎莎1, 曾银1(1.江南大学食品学院,江苏无锡214122;2.江南大学教育部食品科学与安全重点实验室,江苏无锡214122)摘 要:利用互穿网络(IPN )技术制备了以甘油和N ,N 2亚甲基双丙烯酰胺为交联剂的聚丙烯酸钠/纤维素互穿网络水凝胶。
研究了该IPN 凝胶在不同温度、p H 值和不同离子下的溶胀变化行为以及它在模拟胃液和肠液环境中的溶胀动力学性质。
结果表明:该IPN 凝胶的平衡溶胀率随温度的升高而降低,在中性和碱性的环境下,温度于35～42℃时该凝胶具有溶胀突变特性,但在酸性环境下无此特性。
于25℃和37℃的条件下,分别考察p H 对该凝胶溶胀率的影响,表明在25℃和37℃时该凝胶都有良好的p H 敏感性。
在人工胃液和人工肠液环境中,考察了该凝胶的溶胀动力特性,发现该凝胶在人工胃液环境中溶胀率小,溶胀缓慢;而在人工肠液中溶胀率高,且溶胀速率快。
通过调整配方,该IPN 凝胶有望成为一种潜在的靶向肠道功能成分释放载体。
关键词:纤维素;聚丙烯酸钠;互穿网络;溶胀行为中图分类号:O 636.11文献标识码:APreparation and Performance Characterization of Poly SodiumAcrylate/Cellulose Polysaccharide IPN H ydrogelsYAN G Na 1, XU Xue 2ming 31,2, J IN Zheng 2yu 1,2, ZHAO Jian 2wei 1,2,HUAN G Sha 2sha 1, ZEN G Y in 1(1.School of Food Science and Technology ,Jiangnan University ,Wuxi 214122,China ;2.Key Laboratory of Food Science and Safety ,Ministry of Education ,Jiangnan University ,Wuxi 214122,China )Abstract :Poly sodium acrylate/cellulo se (PAANa/Cell 2O H )interpenet rating polymer networks hydrogels were p repared by t he IPN technique using N ,N 2met hylenebisacrylamide and glycerine as cross 2linker.Then t he swelling behaviors of t he IPN gels at different temperat ure ,ions and p H value of t he medium and it s swelling kinetics in t he simulated gastrointestinal circumstance were caref ully investigated.It was found t hat t he equilibrium 2swelling ratio of t hese IPN gels decreased wit h increased temperat ure.And t he swelling is exhibited decreased sharply f rom 35℃to 42℃in neut ral and alkaline conditions ,but no obvious changes at acid condition.Furt hermore ,t hese IPN gels had great p H sensitivities at 25℃and 37℃,respectively.Moreover ,t he swelling kinetics of t he PAANa/Cell 2O H IPN hydrogels in t he simulated circumstance of gast ric juice andintestine liquid was st udied and it was found t hat t he swelling ratio of t he gels in t he circumstance of gast ric juice was lower t han t hat of intestine liquid.From t hese above result s,it can concluded t hat t hese IPN gels was a potential targeting carriers to deliver t he f unctional ingredient by changing t heir component.K ey w ords:cellulo se,poly sodium acrylate,IPN(PAANa/Cell2O H),swelling behaviors 近年来有很多学者报道了对p H值[1]、温度[2]、离子强度、电磁场等有溶胀突变特性的水凝胶。
这类凝胶也称为互穿聚合物网络(Interpenet rating polymer networks,简称IPN)水凝胶,是由两种或两种以上聚合物网络相互穿透或缠结所构成的一类聚合物网络,其中一种网络是在另一种网络存在下现场聚合或交联形成的[3]。
体系中不同网络之间既有相对独立性,又有相互依赖性,如将不同性质的聚合物网络进行互穿,有可能获得拥有多重特性的凝胶。
张高奇等[4]系统地研究了海藻酸钠/聚(N2异丙基丙烯酰胺)半互穿网络水凝胶的制备及性能,胡波等[5]研究了p H敏感壳聚糖2海藻酸钠复合水凝胶的溶胀特性及在缓释方面的应用。
利用IPN凝胶对环境因素的变化具有突变的这一特性,在很多场合都能得到应用,例如蛋白质的缓释[6]、新型食品胶、酶的活性控制等方面。
天然高分子如壳聚糖、明胶、纤维素、丝心蛋白等具有良好的生物相容性及对人体低毒性,基于这些特点进行IPN凝胶的研究正倍受关注[7-8]。
纤维素是自然界中来源最广泛的一类多糖高分子物质,是由D2葡萄糖通过β2(1,4)糖苷键相连接的线性聚合物,生物相容性好,因而具有广阔的开发前景。
而聚丙烯酸钠(sodium polyacrylate)具有极强的持水、增稠功能,是性质稳定、无臭无毒的功能高分子,以其单体制备的功能成分吸附载体也有报道[9],是美国FDA、日本厚生省等批准使用的食品添加剂,2000年中国卫生部也正式批准其为食品添加剂。
作者利用天然纤维素和聚丙烯酸钠制备IPN水凝胶,表征了该IPN 水凝胶的形态,并研究了它在不同p H、温度、不同离子和模拟肠胃液环境下的溶胀特性。
1 实验部分1.1 主要试剂和仪器丙烯酸,甘油,N,N2亚甲基双丙烯酰胺,过硫酸钾等:均为分析纯,国药集团产品;纤维素:自制;胃蛋白酶,胰蛋白酶:中国医药集团上海化学总公司产品;柠檬酸缓冲液:利用柠檬酸和磷酸氢二钠分别配制;Quanta200扫描电子显微镜:荷兰Fei公司产品。
1.2 人工肠液与人工胃液的配制按照中国药典2005版配制。
人工模拟胃液(p H=2.0),人工模拟肠液(p H=7.1),备用。
1.3 互穿网络凝胶制备原理IPN凝胶的制备方法一般来说主要有顺序和同步两种方式[10]。
采用热聚合顺序方式即是首先合成一种交联聚合物网络,然后将另一种聚合物以及合成所需的交联剂和引发剂等在前一种聚合物网络中溶胀聚合形成自己的大分子链。
1.3.1 聚丙烯酸钠凝胶的制备 将丙烯酸(AA)配成质量分数50%的水溶液,添加质量分数30%的NaO H溶液调节p H=7～8,然后加入质量分数0108%的引发剂K2S208和质量分数1%的交联剂N,N2亚甲基双丙烯酰胺。
通氮气排氧20min,同时进行电动搅拌,在60℃反应2h得到聚丙烯酸钠(PAANa)。
将得到的PAANa在室温下浸泡于蒸馏水中过夜,并经常换水以除去未完全反应的单体,取出聚合物,在50℃烘箱中干燥至恒重,粉碎备用。
1.3.2 聚丙烯酸钠/纤维素互穿网络水凝胶的制备 将纤维素和质量分数10%的NaO H溶液按质量比2∶5混合,待纤维素溶胀,同时加入质量分数1%的引发剂K2S208和体积分数1%的甘油作为交联剂,加入一定量的PAANa,同时通氮气排氧,静置使PAANa充分溶胀,在60℃恒温水浴中反应24h左右直到生成乳白色的凝胶为止,即得到聚丙烯酸钠/纤维素(PAANa/Cell2O H)IPN互穿网络水凝胶,反复清洗后,切成片状,干燥备用。
1.4 结构与性能表征11411 IPN(PAANa/Cell2O H)水凝胶的形态观察 将达到吸水平衡的凝胶样品用滤纸擦去其表面水分,进行冷冻干燥处理,然后切取干燥的凝胶表面对其喷金,用Quanta200型扫描电镜观察其表面微观结构。
11412 IPN(PAANa/Cell2O H)水凝胶的性能表征 测定了样品在不同p H值、温度和不同离子溶液中的溶胀能力,进行溶胀性能的表征时都要使样品得到充分的溶胀(一般样品在溶胀48h后溶胀达94 第1期杨哪等:聚丙烯酸钠2纤维素多糖类互穿网络水凝胶的制备及溶胀特性研究到饱和)。
平衡溶胀率ESR =[(样品充分溶胀后的质量-样品的干重)/样品的干重]×100%溶胀率SR =[(样品某一时刻溶胀的质量-样品的干重)/样品的干重]×100%2 结果与讨论211 IPN (PAAN a/Cell 2OH )水凝胶的形态观察采用液氮淬冷后冷冻干燥的方法,可以使水凝胶的孔洞结构得到较好的保持。
图1为IPN (PAANa/Cell 2O H )水凝胶冷冻干燥处理后的电镜照片。
