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第 11 期 张良良，等: 聚氨酯-聚丙烯酰胺复合荧光水凝胶的合成及其性能 ·1835·

glass transition temperature of FWPUH2 were –32.1 ℃ and 96.5 ℃, while those of FWPUH5 were –46.0℃
and 105.7℃, respectively.
Key words: N,N-dihydroxyethylaniline-β-terpyridine; fluorescence; waterborne polyurethane; hydrogel;
functional materials

高分子水凝胶具有由水溶性高分子经适度交联
形成的三维交联网络结构 [1-2] 。微小的外界环境刺 1 实验部分
激 [3-4] 会引起其性能的变化，使其在多个领域得以广 1.1 原料、试剂与仪器
泛的研究和应用 [5-6] 。聚氨酯水凝胶具备优异机械性
异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI），工业级，德国
能、溶胀性能和生物相容性，被广泛应用在药物缓
Bayer 公司；聚乙二醇（PEG，M n =800 或 2000 或
释系统、创伤敷料载体、生物传感器和人工皮肤等 4000，CP）、过硫酸钾（KPS，AR），国药化学试剂
生物医学领域 [7-9] 。大量研究表明，通过对聚氨酯水
有限公司；二羟甲基丙酸（DMPA），工业级，瑞士
凝胶的改性可明显提高其溶胀性能、力学性能以及耐 Perstop 公司；丙酮，AR，上海申博化工有限公司；
热性能 [10-12] 。张宝萍 [10] 等采用丝素蛋白（SF）对聚
二月桂酸二丁基锡（T-12）、辛酸亚锡（T-9），工业
氨酯预聚体进行交联改性，制备了溶胀与力学性能优 级，北京化工三厂；丙烯酸-β-羟乙酯（HEA，AR）、
异、可调控性好的丝素蛋白-聚氨酯(SF-PU)复合水 N,N'-亚甲基双丙烯酰胺（MBA，质量分数为 99%）、
凝胶。Wang [12] 等将聚乙烯醇（PVA）和水性聚氨酯
丙烯酰胺（AM，质量分数为 98%），上海阿拉丁试
（WPU）共混制备了水性聚氨酯水凝胶，PU 与 PVA
剂有限公司；三乙胺（TEA），AR，上海宁新化工
的质量比为 7∶1 时，水凝胶的平衡溶胀比达 16.33。
试剂厂；N,N-二羟乙基苯胺-β-三联吡啶（TPPDA，
荧光材料在生物传感、细胞成像、疾病诊断和 M n =402），参考文献[22]制备得到。
实时检测等领域已经得到广泛研究 [13-17] ，将水凝胶 Nexus-870 型傅里叶变换红外光谱仪，美国
赋予荧光性质可进一步拓展其应用范围 [18] 。Jia [19] Nicolet 公司；UV-4100 双光束紫外-可见分光光度
等将卟啉〔TPP-(OH) 4 〕作为功能性单体引入到聚氨 计、F-4500FL 荧光光谱仪，日本 Hitachi 公司；
2+
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酯中，制备了对重金属离子（Cu 、Zn 、Pb 、Co 、 FLSP920 全 功能稳态 - 瞬态荧光光 谱仪，英国
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Hg 和 Ni ）响应的聚氨酯水凝胶传感器；Peng [20] Edinburgh Instruments 公司；SANS 微机控制电子万
等将尼罗红和香豆素分散到聚氨酯水凝胶中，获得 能测试机，深圳市新三思公司；DMTAQ800 动态热
了 pH 响应的荧光水凝胶，并将其应用于细胞造影。 机械分析仪，美国 TA 公司；FD-1A-50 型真空冷冻
现有报道多是改变荧光材料的种类以获得不同 干燥机，北京博医康实验仪器有限公司。
性能的荧光聚氨酯水凝胶，而聚氨酯水凝胶的结构 1.2 合成
和组成对荧光水凝胶性能的影响鲜见报道 [21] 。本文 分别合成了不同软段组成的荧光水性聚氨酯
引入 N,N-二羟乙基苯胺--三联吡啶（TPPDA）荧光 （FWPU1~3）和不同丙烯酰胺加入量的聚氨酯-聚丙
分子，原位聚合制备了不同相对分子质量聚乙二醇 烯酰胺荧光水凝胶（FWPUH1~6），样品参数分别如
的荧光水性聚氨酯（FWPU）；将不同量丙烯酰胺 表 1 和表 2 所示。
（AM）引入 FWPU 中，乳液聚合制备了一系列聚 1.2.1 荧光水性聚氨酯的合成
氨酯-聚丙烯酰胺复合荧光水凝胶（FWPUH），并探 按照表 1 投料，以 FWPU2 合成过程为例。干
讨了聚氨酯-聚丙烯酰胺复合荧光水凝胶结构和组 燥氮气保护下，在装有聚四氟乙烯搅拌杆、温度计
成对其荧光性能的影响，对水凝胶的溶胀性能及力 和球形冷凝管的四口烧瓶中加入 IPDI 8.88 g、100 ℃
学性能进行了测试。为该类荧光水凝胶在药物控释 左右真空脱水后的 PEG2000 20 g，混合均匀后缓慢
和实时监测领域的应用奠定了基础。 升温至 80 ℃，恒温搅拌 3 h，降温至 50 ℃以下，加

表 1 基于 N,N-二羟乙基苯胺-β-三联吡啶 FWPU 的原料参数
Table 1 Parameters of FWPU samples based on N,N- dihydroxyethylaniline-β-terpyridine
a
样品 IPDI/g PEG800/g PEG2000/g PEG4000/g DMPA/g TPPDA /g HEA/g
FWPU1 13.32 12 0 0 5.27 0.077 1.27
FWPU2 8.88 0 20 0 3.47 0.081 0.91
FWPU3 5.55 0 0 25 2.17 0.082 0.55
注：a—TPPDA 的不同加入量是根据 TPPDA 占 FWPU 体系总质量的 0.24%计算的。