含糖功能性聚合物凝胶的制备及性质研究

论文摘要

对外界刺激能产生敏感响应的水凝胶的研究是功能高分子领域研究的一个热点,尤以温度敏感水凝胶的研究居多。由低糖化合物衍生而来的含糖聚合物水凝胶在国外最近几年也一直是比较热门的研究课题之一。国内对这类含糖水凝胶的研究不多,尤其是由结构确定的含糖不饱和单体聚合而制得的水凝胶的研究更是少见报道。为此,本论文设计合成三种结构确定的含糖不饱和单体,并以其作为共聚单体制备不同结构特征的含糖水凝胶。以丙烯酰氯与异丙胺反应制备了N-异丙基丙烯酰胺（NIPA）单体,用D-葡萄糖酸-δ-内酯和烯丙基胺反应合成了葡萄糖烯丙基酰胺（AAG）单体。以N,N-亚甲基双丙烯酰胺（Bis）为交联剂,在去离子水中NIPA与AA6共聚合形成含糖温敏水凝胶。用红外光谱对其结构进行了表征,研究了不同单体配比及不同交联剂浓度对水凝胶膨胀性能的影响,研究了温度、溶液的pH值、盐浓度对含糖温敏水凝胶的膨胀比（SR）的影响。实验表明,NIPA与AAG共聚形成的含糖温敏水凝胶的膨胀比随着AAG含量的增加而增加,温度的升高和盐浓度的增加会使含糖水凝胶的膨胀比下降,在高或低的pH值时,膨胀比有一定的增加。对不同组成的水凝胶的收缩动力学进行了研究,表明在较低温度下收缩缓慢,在高温下收缩迅速,在很短时间内即能达到收缩平衡。以4-乙烯基苄基胺与葡萄糖内酯反应合成了4-乙烯苄基葡萄糖酰胺单体（VBG）,然后用过硫酸钾（KPS）/四甲基乙二胺（TMEDA）氧化还原体系引发其与丙烯酰胺共聚,得到水溶性含糖聚合物P（VBG-co-AM）,用IR、1H-NMR对单体及共聚物的结构进行了表征,用TGA对聚合物的热稳定性进行了研究。采用不同的单体配比合成了具有不同糖含量的聚合物。并研究了这一系列聚合物的水溶液的粘度性质。将VBG与丙烯酰胺和亚甲基双丙烯酰胺共聚得到含糖结构的水凝胶。研究了不同单体配比对共聚合的影响。研究了温度、时间、溶液的酸碱度及蛋白质存在对水凝胶的膨胀比的影响规律。结果发现水凝胶的膨胀比随着温度的提高而略有增加,在高或低的pH时膨胀比由于糖组分的降解也有一定的增加。以D-乳糖与水合肼反应得到含半乳糖结构的丙烯酰胺单体,然后,以BisA为交联剂,以过硫酸钾（KPS）/四甲基乙二胺（TMEDA）氧化还原引发体系引发其与丙烯酰胺共聚,得到含糖水凝胶,用1H-NMR对单体结构进行了表征,用TGA对含糖干凝胶的热稳定性进行了研究。同时,研究了单体浓度的增加对反应速率和聚合转化率的影响及不同单体配比的水凝胶的元素分析。对水凝胶的膨胀动力学进行了计算,发现水凝胶的膨胀符合二级动力学方程。用N-乳糖丙烯酰胺（LAM）与阳离子单体—甲基丙烯酰氧化乙基—N,N二甲基,十二烷基溴化胺（CM）反应,制备了含半乳糖结构的两亲水凝胶。用IR对水凝胶的结构进行测定。研究了不同单体配比、温度、盐浓度及阴离子表面活性剂浓度对水凝胶膨胀比的影响。糖单体的浓度增加,膨胀比随之增加;膨胀比随着温度和盐浓度的增加而略有升高,随着阴离子表面活性剂浓度的增加而降低。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 研究现状
• 1.1.1 天然含糖聚合物
• 1.1.2 人工合成含糖聚合物
• 1.1.3 含糖聚合物的合成
• 1.1.4 含糖水凝胶
• 1.1.5 功能性水凝胶
• 1.2 本研究的目的和意义
• 1.2.1 立题背景及研究意义
• 1.2.2 论文的设计思路及主要研究内容
• 第二章 N-异丙基丙烯酰胺与葡萄糖烯丙基酰胺共聚水凝胶的制备及性能研究
• 2.1 摘要
• 2.2 前言
• 2.3 试验部分
• 2.3.1 原料与测试
• 2.3.2 N-异丙基丙烯酰胺单体的合成
• 2.3.3 葡萄糖烯丙基酰胺单体的合成
• 2.3.4 含糖温敏水凝胶的制备
• 2.3.5 含糖水凝胶红外光谱的测试
• 2.3.6 水凝胶膨胀性能的测试
• 2.3.7 水凝胶的收缩动力学
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 葡萄糖烯丙基酰胺单体AAG的结构表征
• 2.4.2 水凝胶膨胀比的影响因素
• 2.4.3 含糖聚合物Poly（NIPA-co-AAG）的结构表征
• 2.4.4 含糖聚合物Poly（NIPA-co-AAG）的温度响应性
• 2.5 小结
• 第三章 丙烯酰胺与4-乙烯苄基葡萄糖酰胺共聚含糖水凝胶的合成与性能
• 3.1 摘要
• 3.2 前言
• 3.3 实验部分
• 3.3.1 原料与测试
• 3.3.2 单体合成
• 3.3.3 含糖水凝胶合成
• 3.3.4 含糖聚合物的水溶液粘度的测定
• 3.3.5 水凝胶膨胀比的测定
• 3.3.6 水溶性含糖聚合物和水凝胶的表征
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 单体VBG的结构表征
• 3.4.2 水溶性含糖聚合物的结构表征
• 3.4.3 水凝胶的热稳定性
• 3.4.4 含糖共聚物的溶液粘度性质
• 3.4.5 凝胶的膨胀性能研究
• 3.5 小结
• 第四章 含半乳糖结构的水凝胶的合成与表征
• 4.1 摘要
• 4.2 前言
• 4.3 实验部分
• 4.3.1 原料与测试
• 4.3.2 含半乳糖单体的合成
• 4.3.3 含乳糖结构共聚物的合成
• 4.3.4 含乳糖结构水凝胶的合成
• 4.3.5 含半乳糖结构的两亲水凝胶的合成
• 4.3.6 水凝胶的膨胀性能的测试
• 4.3.7 水凝胶的膨胀动力学
• 4.4 结果与讨论
• 1H-NMR结果'>4.4.1 单体LAMA的¹H-NMR结果
• 4.4.2 含糖共聚物Poly（LAM-co-AM）的聚合影响因素
• 4.4.3 不同单体配比制备的Poly（LAM-co-AM）水凝胶的元素分析结果
• 4.4.4 不同因素对Poly（LAM-co-AM）水凝胶的膨胀比的影响
• 4.4.5 不同因素对两性亲水凝胶Poly（LAM-co-CM）的膨胀比的影响
• 4.5 小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间发表的论文
• 学位论文评阅及答辩情况表