常温下丙烯酰胺凝胶影响因素研究(3)

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目前研究最多的PNIPAAm类水凝胶，它属于高温收缩型，其高分子链中既有疏水性的异丙基又有亲水性的胺基。从微观角度看，温度降低时，聚合物的分子链呈伸展状态，水分子分散于网络结构中；当温度升高到一定值时，高分子链间作用增强，网络结构收缩，水分子被挤出，表现为凝胶脱水。通常，高分子链中含有的疏水基团越多，LCST越低。所以可以通过调整疏水基和亲水基之间的比例或与不同性质单体聚合来改变凝胶的LCST。例如N-异丙基丙烯酰胺与亲水性共聚单体（如丙烯酰胺）聚合可以升高共聚物的LCST，与疏水性共聚单体聚合则降低LCST[5]。

1.2.3 光敏感性水凝胶

光敏感性水凝胶分成紫外光敏感性和可见光敏感性水凝胶。紫外光敏感性水凝胶是利用光敏分子遇光分解产生的离子化作用来实现光敏性的。这种凝胶在紫外光的照射下，光敏分子分解成离子，凝胶内外的离子浓度发生改变，渗透压发生改变，使凝胶发生溶胀做出光响。

1.2.4 电敏感性水凝胶

电敏感性水凝胶大多是聚电解质高分子。在电场的作用下，聚电解质凝胶能产生溶胀或收缩的不连续体积相转变。影响凝胶形变如溶胀、收缩和弯曲的因素很多。水凝胶的表面接触电极与水凝胶放在水中不接触电极，外加到水凝胶的电场产生的结果不同；如果溶液中含有电解质，则情况又不相同[6]，[7]。部分水解的聚丙烯酰胺水凝胶同时与阴阳两极接触时，氢离子在电场的作用下向阴极移动导致阳极失水，而阳极对羧酸阴离子具有静电吸引作用，这两个因素导致水凝胶在阳极一面收缩。

1.2.5 化学物质敏感性水凝胶

化学物质敏感性水凝胶的溶胀行为因特定物质的刺激而发生变化。例如，将葡萄糖氧化酶(GOD)固定在pH敏感性水凝胶中，将此凝胶浸入葡萄糖溶液，葡萄糖被氧化成葡萄糖酸，引起环境pH的改变，导致pH敏感性水凝胶发生不连续体积相转变[8]，[9]。

1.2.6 磁敏感性水凝胶

将磁性的纳米微粒包埋于温度敏感性水凝胶中，在外加磁场的作用下，铁磁体材料被加热而使凝胶局部温度上升，导致凝胶溶胀或收缩；撤掉外加磁场，水凝胶冷却，恢复至原来的大小[10]。

1.3 水凝胶的化学合成方法

1.3.1 单体交联共聚

单体交联聚合是指在交联剂存在的情况下，单体经自由基均聚或共聚而制得高分子水凝胶材料的方法。制备高分子水凝胶材料的单体主要有丙烯酸系列、丙烯酰胺系列和醋酸乙烯酯等。最主要的交联剂是双乙烯基交联剂如N,N-2-亚甲基双丙烯酰胺、双丙烯酸乙二醇酯等。聚合反应可以借助引发剂引发或辐射引发完成。常用的化学引发剂有：（1）热不稳定的过氧化物；(2)氧化还原体系，氧化剂如过硫酸铵或过氧化氢，还原剂有亚铁盐、偏亚硫酸钠、四甲基乙二胺(TEMED)以及过硫酸钾等。水溶液聚合和反相悬浮聚合是合成水凝胶的两种最重要的聚合实施方法。水凝胶的综合性能则依聚合方法、单体种类和组成、交联剂结构和类型等的不同而不同，因此，可通过变换这些影响因素来调控水凝胶的性能[11]

1.3.2 载体接枝

水凝胶材料可以由α-烯烃类单体在淀粉、纤维素、聚乙烯醇、聚氨酯等高分子载体上接枝共聚制得的。自由基引发接枝共聚是最主要的接枝共聚方法之一，常见的引发剂有硝酸铈铵和复合引发剂等。另外，通过辐射或化学方法引发单体接枝的方法也是合成聚电解质水凝胶的一个主要方法。张克举等[12]以过硫酸钾为引发剂，将丙烯酸和丙烯酰胺接枝共聚到魔芋粉的分子骨架上,制成一种高吸水树脂。该吸水树脂在去离子水中的吸水率达720g/g，在0.9%的NaCl溶液中的吸水率为110g/g。