具有两亲结构的PVP-PDMS聚合物网络的合成及性能研究

论文摘要

两亲聚合物网络（amphiphilic networks, APCNs）是一类由亲水链段和疏水链段通过共价键连接而成的聚合物网络体系,亲、疏水链段保留了各自的物理和化学性质,在水、有机溶剂中均能溶胀,其亲、疏水链段各自聚集,形成微观相分离的相态结构。由于其独特的性能,APCNs在智能高分子材料、软性角膜接触镜、医用材料以及分离材料等领域具有广泛的应用前景。由于亲、疏水两种组分是热力学不相容的,因此APCNs的合成难点在于如何将二者合成到同一个聚合物当中,使之成为具有宏观连续相的网络。本文采用合成路线简单、单体反应充分的自由基共聚合法来制备以聚N-乙烯吡咯烷酮（PVP）为亲水组分、聚二甲基硅氧烷（PDMS）为疏水组分的新型APCNs,并对其溶胀性能、光学性能及其对葡萄糖、胰岛素、牛血清蛋白等不同物质的选择透过性能进行了测试。主要研究内容如下：1.以含氢双封头（TMDSO）和甲基丙烯酸烯丙酯（AMA）为原料,在Karstedt’s催化剂作用下,通过硅氢化反应合成改性剂2-甲基丙烯酸-3-（1,1,3,3-四甲基二硅氧）丙酯（SiH-MA）,并确定最佳合成条件：TMDSO:AMA=1.1:1（摩尔比）,反应温度32℃,反应时间3h, Karstedt’s催化剂20ppm,产率可达20%。用SiH-MA对端乙烯基PDMS进行端基改性,使其带有甲基丙烯酸烯丙酯端基,并确定最佳反应条件：V-PDMS-V:SiH-MA=1:1（摩尔比）,甲苯为溶剂,反应温度55℃,反应时间2小时。2.以偶氮二异丁腈（AIBN）为引发剂,将NVP与改性PDMS通过自由基共聚合反应,制备两亲接枝共聚物,同时考察了溶剂、反应温度对反应的影响。以三氯甲烷为溶剂,在Karstedt’s催化剂的作用下,聚硅氧烷类（PMHS）为交联剂与两亲接枝共聚物发生交联,从而得到APCNs,并对其溶胀、光学性能进行测试。考察了交联剂、催化剂、单体配比、引发剂用量对APCNs性能的影响。结果表明：溶胶含量Sol%低于10%,交联完全；随着PVP含量的增加,平衡含水率Sw增加；干态和溶胀状态APCNs透光率均增加,PVP含量70%时溶胀状态的透光率最大,达到80.7%；PVP含量一定的条件下,随着引发剂AIBN用量的增加,Sw先增后减,So1%一直减小,引发剂用量1.25%时,APCNs的Sw得到最大值。3.以无纺布为支撑体,制备了APCNs复合膜,通过蒽酮硫酸法测试葡萄糖、菊糖的渗透性能,紫外分光光度法测定牛血清蛋白渗透性能,考察了引发剂含量对其渗透性能的影响。实验表明,随着引发剂AIBN用量的增加,葡萄糖和菊糖透过速率均加快,牛血清蛋白均不透该APCNs复合膜。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 两亲聚合物网络简介
• 1.3 两亲聚合物网络的研究及制备方法
• 1.3.1 两亲聚合物网络的研究
• 1.3.2 两亲聚合物网络的制备方法
• 1.4 两亲聚合物网络的应用
• 1.4.1 智能型高分子材料
• 1.4.2 分离材料
• 1.4.3 控释药物体系
• 1.4.4 血液相容性材料
• 1.5 有机硅
• 1.6 N-乙烯基吡咯烷酮及其聚合物
• 1.6.1 N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）的性质
• 1.6.2 聚乙烯基吡咯烷酮（PVP）的特性
• 1.6.3 PVP的生物应用现状
• 1.7 本课题研究意义和内容
• 第二章 两亲聚合物网络的合成及表征
• 2.1 主要化学试剂和仪器设备
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 改性剂2-甲基丙烯酸-3-（1,1,3,3-四甲基二硅氧）丙酯（SiH-MA）的合成
• 2.2.2 改性聚二甲基硅氧烷（MA-PDMS）的合成
• 2.2.3 PVP接枝PDMS两亲聚合物的合成
• 2.2.4 两亲聚合物网络的合成
• 2.2.5 表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 原料测试结果
• 2.3.2 改性剂SiH-MA的合成结果与讨论
• 2.3.2.1 改性剂SiH-MA的红外和核磁表征
• 2.3.2.2 含氢双封头与甲基丙烯酸烯丙酯不同配比对反应的影响
• 2.3.2.3 温度对反应的影响
• 2.3.2.4 催化剂用量对反应的影响
• 2.3.3 MA-PDMS的合成结果与讨论
• 2.3.4 两亲接枝聚合物的合成结果讨论
• 2.3.4.1 两亲接枝聚合物红外核磁谱图分析
• 2.3.4.2 温度对共聚反应的影响
• 2.3.4.3 溶剂对共聚反应的影响
• 2.3.5 两亲聚合物网络的合成结果讨论
• 2.3.5.1 交联剂用量对制备APCNs的影响
• 2.3.5.2 催化剂用量
• 2.4 本章小结
• 第三章 两亲聚合物网络的性能测试
• 3.1 主要化学试剂和仪器设备
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 APCNs及APCNs复合膜的制备
• 3.2.2 APCNs复合膜厚度测定
• 3.2.3 APCNs溶胀测试
• 3.2.4 APCNs的光学性能测试
• 3.2.5 APCNs复合膜葡萄糖渗透性能测试
• 3.2.5.1 葡萄糖-蒽酮标准曲线测定
• 3.2.5.2 葡萄糖渗透实验
• 3.2.6 APCNs复合膜菊糖渗透性能测试
• 3.2.6.1 菊糖-蒽酮标准曲线测定
• 3.2.6.2 菊糖渗透实验
• 3.2.7 APCNs复合膜牛血清蛋白渗透性能测试
• 3.2.7.1 牛血清蛋白标准曲线测定
• 3.2.7.2 牛血清蛋白渗透试验
• 3.2.8 主要计算公式
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 APCNs溶胀测试结果
• 3.3.2 APCNs光学性能测试结果
• 3.3.3 APCNs复合膜的葡萄糖渗透性能
• 3.3.3.1 引发剂含量2.5‰APCNs复合膜葡萄糖渗透性能
• 3.3.3.2 不同引发剂含量对APCNs复合膜的葡萄糖渗透性能影响
• 3.3.4 APCNs复合膜的菊糖渗透性能
• 3.3.4.1 引发剂含量2.5‰APCNs复合膜菊糖渗透性能
• 3.3.4.2 不同引发剂含量对APCNs复合膜的菊糖渗透性能影响
• 3.3.5 APCNs复合膜牛血清蛋白渗透性能
• 3.4 本章小结
• 第四章 全文主要结论、研究创新点与展望
• 4.1 全文主要结论
• 4.2 研究创新点与展望
• 4.2.1 研究创新点
• 4.2.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢
• 学位论文修改说明