Page 110 - 《精细化工》2021年第4期
P. 110

·744·                             精细化工   FINE CHEMICALS                                 第 38 卷

                 Key words: N-isopropylacrylamide; graphene oxide; temperature sensitivity; photothermal effect; functional
                 materials


                 聚 N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAM）水凝胶是一                      科隆化学品有限公司；锂藻土（25~30 nm），北京怡
            种对温度具有响应性，能发生可逆体积相转变且具                             蔚特化科技发展有限公司；甲苯、石油醚，AR，成
            有柔软结构的智能水凝胶，在材料学、药物释放以                             都硕博研创科技有限公司；GO（质量分数 98.5%），
            及流体开关等方面具有广阔的应用前景                   [1-3] 。传统化     江苏先丰纳米材料科技有限公司；KPS，AR，成都金
            学交联的 PNIPAM 水凝胶存在交联点及交联链长度                         山化学试剂有限公司；NIPAM（质量分数 98%），
            分布不均匀的问题，交联链长度分布不均匀导致其                             成都贝斯特试剂有限公司；实验用水为去离子水。
            易脆、拉伸性能低、机械强度较低，因此，其应用                                 Spectrum One 型傅里叶变换红外光谱仪，美国
            受到了限制      [4-5] 。在各种应用中对坚韧水凝胶的需求                  PerkinElmer 公司；QX-W200 型微机控制生物材料
            很大，因此，提高水凝胶机械强度一直是近几十年                             试验机（拉伸试验机），上海企想检测仪器有限公司；
            来的一个重要课题         [6-10] 。                          DS3-51412K808F02RN-10.00W 光纤耦合半导体激
                                [8]
                 HARAGUCHI 等 在不添加化学交联剂情况                       光器，北京凯普林光电科技有限公司；Zetasizer
            下，以锂藻土（L）为物理交联剂，得到了具有优异                            Nano-ZS90 型动态光散射仪，英国 Malvern 公司；
            力学性能的黏土纳米复合 PNIPAM 水凝胶。学者们                         ZEISS Gemini 300 型扫描电子显微镜，德国 ZEISS
            对纳米复合凝胶的形成机理进行了系统研究                      [9-12] ，  公司。
            认为 N-异丙基丙烯酰胺（NIPAM）作为锂藻土稳定                         1.2   方法
            剂使其在水中分散形成单纳米片层，而引发剂过硫                             1.2.1  NIPAM 的重结晶
            酸钾（KPS）与锂藻土之间的离子相互作用使引发                                根据文献[15]方法对 NIPAM 进行重结晶。首先，
            剂吸附于锂藻土片层表面。KPS 在锂藻土片层表面                           称取 5 g NIPAM 溶于 20 mL 甲苯，加热溶解后将
            引发聚合后，形成的 PNIPAM 分子链的一端锚固在                         NIPAM 甲苯溶液缓慢倒入已在冰/水/盐浴中（0  ℃）
            锂藻土片层表面，而另一端的活性中心继续发生链                             冷却过的 50 mL 石油醚中。静置 10~20 min，析出
            增长反应。随着反应的进行，链末端的部分活性中                             大量晶体。然后对其进行真空抽滤，最后，将晶体
            心与吸附在不同锂藻土片上的其他活性中心碰撞                              在室温下自然风干，得到重结晶的 NIPAM。
            而双基终止，产生有效交联网络，从而形成物理交                             1.2.2  L-PNIPAM 水凝胶的制备
            联的水凝胶。PNIPAM 水凝胶是温度响应性材料，                              L-PNIPAM 水凝胶的制备参照文献[15]并加以
            往往需要通过加热来调节其网络结构的收缩与溶                              改进。首先，将 0.2813 g（2 mmol）重结晶的 NIPAM
            胀，直接加热不易控制，特别是在一些需要定点控                             溶于 2.25 mL 去离子水；再加入含量为 12.0%（以
            温的场合。可通过在温敏性 PNIPAM 水凝胶中掺杂                         NIPAM 的质量计，下同）锂藻土，边通氮气边超声
            光热转换功能材料石墨烯（GO），将光转化为热来                            分散；随后，在 0  ℃下向上述体系加入 50  μL
            实现驱动，得到具有光响应智能水凝胶                  [13-14] ，其中，    TMEDA 溶液（7 mmol/L），并在氮气保护下继续反
            GO 对近红外区域的光具有很高的吸收和较高的热                            应 5 min；接着，将 0.25 mL 质量浓度为 20 g/L KPS
            传导效率，因此，可将其与 PNIPAM 水凝胶结合制                         溶液快速加入到上述体系，超声混合均匀；最后，
            备具有近红外光（NIR）响应性水凝胶。                                立即将上述混合液抽回至注射器中并密封，室温下
                 本文提出以锂藻土为交联剂、GO 为光热转换                         放置 12 h，即得到 L-PNIPAM 水凝胶，命名为
            试剂，通过 NIPAM 发生原位聚合反应来制备 NIR                        L-PNIPAM-12.0。
            响应复合水凝胶（L-PNIPAM/GO）。考察锂藻土和
                                                                   其余样品的制备方法同上，只需改变锂藻土的
            GO 含量对水凝胶断裂伸长率及拉伸强度的影响，对                           含量，将含量为 0、2.7%、5.3%、8.0%、10.7%、16.0%
            L-PNIPAM/GO 水凝胶体积相转变温度及 NIR 响应性
                                                               和 21.3% 的 L-PNIPAM 水凝胶分别命名为
            等进行表征。此外，对 NIR 响应 L-PNIPAM/GO 水凝
                                                               L-PNIPAM-0 、 L-PNIPAM-2.7 、 L-PNIPAM-5.3 、
            胶在流体开关及光控脱附方面的潜在应用进行初探。
                                                               L-PNIPAM-8.0 、 L-PNIPAM-10.7 、 L-PNIPAM-16.0
            1   实验部分                                           和 L-PNIPAM-21.3。
                                                               1.2.3  L-PNIPAM/GO 水凝胶的制备
            1.1    试剂与仪器                                           首先，称取 0.2813 g（2 mmol）重结晶的 NIPAM
                 N,N,N',N'-四甲基乙二胺（TMEDA），BR，成都                 溶于 1.95 mL 去离子水中，加入含量为 12.0%锂藻
   105   106   107   108   109   110   111   112   113   114   115