基于氢键作用由低分子量凝胶因子形成的超分子水凝胶.pdf

V01．27 高等学校化学学报 No．8 2006年8月 CHEMICALJOURNALOFCHINESEUNIVERSITIES 1587～1589 [研究简报] 基于氢键作用由低分子量凝胶因子 形成的超分子水凝胶 王毓江，唐黎明，王琰 (清华大学化工系，先进材料教育部重点实验室，北京100084) 关键词 超分子水凝胶；凝胶因子；形貌 中图分类号0631 文献标识码A 文章编号0251-0790(2006)08—1587-03 超分子凝胶是指将少量(质量分数为0．1％一10％)的低分子量凝胶因子溶于有机溶剂或水，当体 系温度降至凝胶形成温度以下时，整个溶液可以固定不动并支撑自身的重量(将试管倒置，若没有液 体沿试管壁流下，则说明凝胶已形成)¨。J．凝胶因子通过分子间氢键、仃一7r堆积、疏水相互作用、范 德华力和电子转移相互作用等分子间非共价键互相作用，自组装形成线型、纤维状或带状结构，继而 形成三维网络结构，阻止了溶剂分子的流动，从而使整个体系凝胶化H5|，在制备外界刺激响应性凝 胶拍J、模板合成纳米材料一J、传感器旧1和药物缓释一1等方面具有重要的作用． 由于大多数有机凝胶因子在水中溶解性很差，文献报道的低分子量凝胶因子大多基于疏水相互作 用和离子键相互作用达到凝胶化¨。J．与普通的聚合物水凝胶相比，这种由低分子量的有机小分子形 成的水凝胶具有更好的刺激响应，能够解决生物相容性问题，且易于化学改性，因而具有更好的应用 前景．虽然氢键作用也是分子聚集的一种推动力，但氢键作用容易被水破坏，因而依靠氢键作用形成 水凝胶的研究报道还很少¨叽“o． 本文利用对羟基吡啶及均苯四甲酸合成的超分子单体，基于分子间氢键作用，在水中成功地制备 出了具有温度响应性的超分子凝胶，研究了制备条件对凝胶结构的影响． 1实验部分 1．1 超分子单体的合成参考文献[12]方法，基于对羟基吡啶与均苯四甲酸间的氢键作用制备出结 build一 构如图l所示的超分子单体1，2，4，5-Benzenetetracarboxylicacid／4一hydroxypyridinesupramolecular ng·1s‘邝nuralfomula。‘sBu 成的临界质量浓度为15mg／mL，重复该加热．冷却 过程，则体系可在溶液一凝胶之间多次转换．将玻璃瓶倒置后，凝胶结构不会破坏，如图2所示．将不 同条件下制得的凝胶置于60℃的真空烘箱中，烘干除去溶剂后，得到干凝胶． I．3 仪器与分析采用JSM-6301F型场发射扫描电子显微镜喷金测定干凝胶的微观形貌，采用Bruker 收稿日期：2006-01—18． 基金项目：国家自然科学基金(批准号资助． 万方数据万方数据 高等学校化学学报 线衍射谱图． Fig．2Temperatureresponsivesupramolecularhydrogel 2结果与讨论 将不同质量的SBU加入到水中，加热溶解，于室温冷却，形成凝胶，将溶剂在真空烘箱中蒸干之 后，通过SEM观察其表面形貌，可以看见凝胶因子呈纤维状缠结，彼此之间的缠结将水分子束缚，形 成了空间网状结构[图3(A)，(B)]．随着浓度的增加，纤维从缠绕的丝状变成了堆积的短棒状，水分 子靠表面张力在纤维间固定旧j，对于单根纤维，则可以观察到层状堆积的结构[图3(c)]，其宽度可 以达到微米量级．分析不同浓度凝胶的形成过程，发现凝胶形成的速度随着浓度的增加而增大，形成 纤维的宽度随着浓度的增加而增大(表1)，而长度则随着浓度的增加而变小．由倒置法¨21测定的凝胶 形成温度(t。，)可见，咒。亦是随着浓度的增加而逐渐升高．这是因为在形成凝胶的过程中，凝胶因子 的结晶主要受成核和扩散两方面的控制，浓度高更利于扩散，使得纤维具有更加完整的结构，体现出 宽度随浓度逐渐增加的趋势．