温度及酸碱敏感性互穿网络水凝胶合成方法yd7405

资料来源：《高分子化学实验》何卫东，2003年；133-134（SSID：11114683）

【编者按】近期刊出一些有关IPN的论文资料，为便于读者对IPN有一个明确的概念，特选此文，以供参考。

一、实验目的

了解互穿聚合物网络的结构特点、性质和制备方法；

了解响应性水凝胶的性质和应用。

二、实验原理

互穿聚合物网络(Interpenetrated Polymer Network，IPN)是由两种或两种以上交联聚合物相互贯穿而形成的聚合物网络，是一类特殊形式的聚合物共混体系。它在塑料增韧、橡胶增强、阻尼减震以及其它许多领域具有广泛的应用。

根据制备方法，IPN可分为分步IPN、同步1PN和胶乳IPN。首先制备交联聚合物网络A，再用含引发剂和交联剂的单体B使网络A充分溶胀，然后使单体B就地聚合形成互穿网络，这是分步IPN的制备过程。将两种网络的合成原料均匀混合，并使两种网络以互不干扰的方式同时进行，最后形成互穿聚合物网络，这是同步IPN的制备过程，例如聚氨酯／环氧树脂1PN的制备。两种网络同时达到凝胶点，两者贯穿不充分，材料性能不好：两网络先后达到凝胶点，则网络贯穿程度高：两网络之间存在一定接枝反应，有利于提高它们的混溶程度。从IPN制备过程看，它接近接枝共聚-共混体系．但是相间有无化合键合考虑，则接近于机械共混，因此可以把它视为用化学法实现的机械共混体系。P133

IPN具有多相的形态结构，相分离的程度主要取决于组分之间的相容性，也与制备过程和反应条件相关。这种多相结构呈细胞状，胞壁主要由第一网络构成，胞体则由第二网络组成。网络的贯穿发生在胞壁中，而且是超分子水平的贯穿。IPN的界面相所占比例很高，具有疏松的结构，并可能导致出现相应的玻璃化转变。具有多相结构的IPN存在对应两组分的玻璃化转变温度，但是两个Tg有不同程度的互相靠近，使得玻璃化转变区域拓宽，松弛时间时间谱甚至融合成一个峰。因此IPN是非常理想的阻尼和吸波材料。IPN的力学性能符合共混体系的—般规律，但是当两组分存在强互相作用时，其性能和组成关系往往是非单调的，在一定的组成范围内，IPN的力学性能可以超过任一纯组分而出现协同效应。

干态的高分子网络能为溶剂溶胀而形成凝胶，其中的液体被高分子网络所封闭而失去流动性，因而凝胶具有一 定的形状。高分子网络的溶胀程度取决于高分子与溶剂的亲和性和高分广网络的交联程度，有的凝胶在良溶剂中可以膨胀几百甚至几千倍。智能型凝胶指的是对环境变化(如温度、PH值、离子强度和光)具有响应性的凝胶，例如交联的聚异丙基丙烯酰胺水凝胶随温度升高发生收缩，聚丙烯酸凝胶则具有PH敏感性，这类智能型凝胶在药物的控制释放、化学控制阀以及生物材料等领域具有潜在的应用前景。

本实验通过IPN技术制备具有温度和pH值双重敏感性的水凝胶。

三、化学试剂与仪器

化学试剂：丙烯酸2-羟乙脂，N-乙烯基吡咯烷酮，丙烯酸，偶氮二异丁腈，N、N-亚甲基丙烯酰胺，甲醇，磷酸钠，磷酸氢二钠，磷酸二氢钠。

仪器设备：三口烧瓶，电磁搅拌器，通氮系统，烧杯。

四、实验步骤

聚(乙烯基吡咯烷酮-co-丙烯酸2-羟乙酯)水凝胶的制备：取2.5ml丙烯酸2-羟乙酯, 5.0ml乙烯基吡咯烷酮和40mL甲醇加入到100mL三口烧瓶中,然后再加入300mgN,N-亚甲基丙烯酰胺作为交联剂,150mg偶氮二异丁腈作为引发剂,电磁搅拌使其溶解,通氮10min。水浴加热，于70℃反应6h，得到透明水凝胶，在热水(60℃)和冷水(25℃)中退胀和胀和三次，真空干燥后称重．计算收率。

IPN水凝胶的制备：在100 mL烧瓶内,将1.0g 上述干凝胶浸入含0.6mL丙烯酸和16mL甲醇的溶液中，并加入100mg，N、N-亚甲基丙烯酰胺和50 mg偶氮二异丁腈,使干凝胶充分溶胀(如48h)，然后通氮10 min，水浴加热至70℃，电磁揽拌反应6h，得到透明水凝胶。

水凝胶环境响应性观察：将聚(乙烯基吡咯烷酮-co-丙烯酸2-羟乙酯)水凝胶置于盛有蒸馏水的烧杯中,加热，观察凝胶体积的变化;然后降低温度，观察IPN水凝胶体积变化是否具有可逆性，用磷酸钠、磷酸氢二钠和磷酸二氢钠配制pH值分别为9.5和3.5的缓冲溶液．将IPN水凝胶先置于碱性缓冲溶液中浸泡30 min，再置于酸性溶液观察水凝胶体积变化,同样，观察IPN水凝胶pH值响应性是否可逆。