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P（MAGEL-NIPAAm）水凝胶制备与溶胀动力学研究

2020-12-03阅读(608)

P（MAGEL-NIPAAm）水凝胶制备与溶胀动力学研究

论文摘要

聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAAm）水凝胶,是典型的热响应水凝胶,由于其低临界溶解温度（LCST）接近生物体温度,被广泛应用于生物技术和生物工程领域,但PNIPAAm水凝胶生物相容性和生物降解性差限制了其进一步应用,我们课题组一直致力于通过将生物分子引入PNIPAAm系统来解决这些问题。本文将天然聚合物明胶改性后引入到PNIPAAm水凝胶中,合成了一系列聚马来酰化明胶-N-异丙基丙烯酰胺（P（MAGEL-NIPAAm））水凝胶,对其合成条件进行优化。重点研究了MAGEL和BIS含量对水凝胶溶胀性能的影响,得到该类水凝胶的溶胀动力学方程和其吸水机制。同时,选用MAGEL占单体比例30%的P（MAGEL-NIPAAm）水凝胶,系统研究了不同浓度和不同价态离子(Na+、Mg2+、Al3+)对水凝胶的溶胀、退溶胀动力学性能影响,为水凝胶的实际应用奠定理论基础。1.通过对水凝胶的性能研究表明:在APS用量0.96‰以下,BIS用量1.2‰以下,MAGEL占单体含量30%及以下时温敏性良好;随着APS用量的增大,水凝胶的溶胀率和强度都先增大后减小,并在含量0.84‰时达到最大值;随着BIS用量的增大,水凝胶的溶胀率减小,强度先增大后减小;随着MAGEL占比的增大,水凝胶的溶胀率逐渐增大,强度变化不大。得到水凝胶的最佳合成条件为:MAGEL占单体用量是30%,引发剂APS用量0.84‰,BIS加入量1.2‰。2.对水凝胶的韧性及形状记忆性能的研究表明:水凝胶的最佳合成条件下其压缩率达到76.6%,具有较好的韧性。水凝胶形状记忆比均大于96%。3.对不同明胶含量的P（MAGEL-NIPAAm）水凝胶在水中溶胀动力学及模拟模型的验证表明,随着明胶含量升高,平衡溶胀率增大,溶胀速率增大。不加明胶以及加入少量明胶（10%）的P（MAGEL-NIPAAm）水凝胶属于一阶溶胀模型,含有20%,30%,40%和50%明胶的P（MAGEL-NIPAAm）水凝胶属于二阶溶胀模型。二阶动力学的溶胀速率常数ks值在明胶含量为30%时达到最大值,说明此时水凝胶有着最快的溶胀速率。4.P（MAGEL-NIPAAm）水凝胶在水中溶胀机理分析表明,含有0%50%明胶的P（MAGEL-NIPAAm）水凝胶都属于Fickian溶胀,并且在MAGEL为30%含量下获得指数n和比例常数k的最高值。圆形水凝胶样品的扩散系数D值随着明胶含量增大而增大,表明明胶的加入可以有效提高水凝胶的吸水速率。5.对不同BIS加入量的P（MAGEL-NIPAAm）水凝胶在水中溶胀动力学分析表明,随着BIS含量升高,平衡溶胀率减小,溶胀速率减小。BIS加入量在0.4‰2.4‰的P（MAGEL-NIPAAm）水凝胶都属于二阶溶胀模型,亦属于Fickian溶胀,二阶动力学的溶胀速率常数ks、Fickian溶胀指数n、比例常数k和圆形水凝胶扩散系数D的值均随着BIS加入量增大而减小,说明水凝胶溶胀速率减小。6.对P（MAGEL-NIPAAm）水凝胶在NaCl溶液中的溶胀动力学研究表明,含有30%明胶的P（MAGEL-NIPAAm）水凝胶在0.2 M以下NaCl溶液中的溶胀属于二阶溶胀。通过对其二阶动力学的溶胀速率常数ks、Fickian溶胀指数n和比例常数k的数据分析表明,NaCl不仅使得水凝胶的平衡溶胀率降低,同时也会减小水凝胶的溶胀速率。7.通过对P（MAGEL-NIPAAm）水凝胶在00.3 M MgCl2和AlCl3溶液中的溶胀动力学分析表明,水凝胶在00.3 M MgCl2溶液中均符合二阶动力学模型,溶胀率和溶胀速率随着MgCl2溶液浓度的增大而降低。水凝胶在00.3 M AlCl3溶液中均不符合二阶动力学模型,溶胀率和溶胀速率随着AlCl3溶液浓度的增大而降低。并且AlCl3溶液中的溶胀速率和平衡溶胀率比同浓度的NaCl、MgCl2溶液中的小。8.通过对水凝胶的退溶胀动力学分析表明,在P（MAGEL-NIPAAm）水凝胶中:明胶的加入量增大水凝胶的保水性提高;BIS加入量的增大也会使得水凝胶不易失水,保水性提高。NaCl存在的条件下,NaCl溶液浓度增大,水凝胶的保水率降低。盐溶液浓度为0.1 M时,P（MAGEL-NIPAAm）水凝胶退溶胀速率Al3+>Mg2+>Na+,保水率Al3+<Na+≈Mg2+;盐溶液浓度为0.3 M时,P（MAGEL-NIPAAm）水凝胶退溶胀速率Al3+>Na+>Mg2+,保水率Al3+<Na+<Mg2+。

论文目录

  • 摘要
  • abstract
  • 第一章 前言
  •   1.1 水凝胶
  •   1.2 水凝胶的分类
  •   1.3 水凝胶的制备方法
  •     1.3.1 物理交联方法
  •       1.3.1.1 离子交联
  •       1.3.1.2 疏水相互作用
  •       1.3.1.3 热可逆凝胶化
  •       1.3.1.4 复合凝聚
  •       1.3.1.5 氢键
  •       1.3.1.6 冻结解冻
  •     1.3.2 化学交联方法
  •       1.3.2.1 接枝技术
  •       1.3.2.2 化学交联
  •   1.4 生物可降解水凝胶及其应用
  •     1.4.1 基于多糖的水凝胶
  •       1.4.1.1 淀粉基水凝胶
  •       1.4.1.2 藻酸盐基水凝胶
  •       1.4.1.3 纤维素基水凝胶
  •       1.4.1.4 壳聚糖基水凝胶
  •       1.4.1.5 果胶基水凝胶
  •     1.4.2 蛋白质或多肽基水凝胶
  •       1.4.2.1 明胶基水凝胶
  •       1.4.2.2 乳清蛋白基水凝胶
  •       1.4.2.3 大豆蛋白基水凝胶
  •   1.5 选题背景
  • 第二章 P（MAGEL-NIPAAm）水凝胶合成条件优化
  •   2.1 引言
  •   2.2 实验部分
  •     2.2.1 主要试验仪器
  •     2.2.2 主要实验药品
  •     2.2.3 P（MAGEL-NIPAAm）水凝胶的合成
  •     2.2.4 水凝胶温敏性测试
  •     2.2.5 水凝胶溶胀性能测试
  •     2.2.6 水凝胶压缩强度测试
  •     2.2.7 水凝胶的韧性和形状记忆性能测试
  •   2.3 结果与讨论
  •     2.3.1 P（MAGEL-NIPAAm）水凝胶的合成
  •     2.3.2 引发剂APS用量对水凝胶性能的影响
  •     2.3.3 交联剂BIS用量对水凝胶性能的影响
  •     2.3.4 MAGEL用量对水凝胶性能的影响
  •     2.3.5 水凝胶的韧性与形状记忆性能
  •   2.4 本章小结
  • 第三章 水凝胶的溶胀动力学研究
  •   3.1 引言
  •   3.2 实验部分
  •     3.2.1 主要试验仪器
  •     3.2.2 主要实验药品
  •     3.2.3 P（MAGEL-NIPAAm）水凝胶的合成
  •     3.2.4 P（MAGEL-NIPAAm）水凝胶溶胀动力学研究
  •     3.2.5 P（MAGEL-NIPAAm）水凝胶溶胀动力学模型研究
  •     3.2.6 P（MAGEL-NIPAAm）水凝胶吸水机理研究
  •     3.2.7 P（MAGEL-NIPAAm）水凝胶的退溶胀动力学
  •   3.3 结果与讨论
  •     3.3.1 不同明胶加入量P（MAGEL-NIPAAm）水凝胶溶胀动力学研究
  •     3.3.2 不同明胶加入量P（MAGEL-NIPAAm）水凝胶溶胀模型研究
  •     3.3.3 不同MAGEL加入量P（MAGEL-NIPAAm）水凝胶溶胀机理研究
  •     3.3.4 不同BIS加入量P（MAGEL-NIPAAm）水凝胶溶胀动力学研究
  •     3.3.5 不同交联剂BIS加入量的P（MAGEL-NIPAAm）水凝胶溶胀模型研究.
  •     3.3.6 不同交联剂BIS加入量P（MAGEL-NIPAAm）水凝胶吸水机理研究
  •     3.3.7 NaCl溶液对水凝胶溶胀动力学的影响
  •     3.3.8 NaCl溶液中水凝胶的二阶动力学模型分析
  •     3.3.9 NaCl溶液对水凝胶溶胀机理的影响
  • 2溶液对水凝胶溶胀动力学的影响'>    3.3.10 MgCl2溶液对水凝胶溶胀动力学的影响
  • 2溶液中水凝胶的二阶动力学模型分析'>    3.3.11 MgCl2溶液中水凝胶的二阶动力学模型分析
  • 2溶液中水凝胶溶胀机理分析'>    3.3.12 MgCl2溶液中水凝胶溶胀机理分析
  • 3溶液对水凝胶溶胀动力学的影响'>    3.3.13 AlCl3溶液对水凝胶溶胀动力学的影响
  • 3溶液中水凝胶的二阶动力学模型分析'>    3.3.14 AlCl3溶液中水凝胶的二阶动力学模型分析
  • 3溶液中水凝胶溶胀机理分析'>    3.3.15 AlCl3溶液中水凝胶溶胀机理分析
  •     3.3.16 水凝胶退溶胀动力学的研究
  •   3.4 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 致谢
  • 攻读学位期间已发表的相关学位论文题录

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 隋美玉

    导师: 于跃芹

    关键词: 水凝胶,温敏性,压缩强度,溶胀性,溶胀动力学

    来源: 青岛科技大学

    年度: 2019

    分类: 工程科技Ⅰ辑

    专业: 有机化工

    单位: 青岛科技大学

    分类号: TQ427.26

    总页数: 83

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