光响应高分子水凝胶材料.ppt

* 光响应高分子水凝胶 1.水凝胶 水凝胶（ Hydrogel ）是以水为分散介质的凝胶。具有网状交联结构的水溶性高分子中引入一部分疏水基团和亲水残基，亲水残基与水分子结合，将水分子连接在网状内部，而疏水残基遇水膨胀的交联聚合物。是一种高分子网络体系，性质柔软，能保持一定的形状，能吸收大量的水。 高分子水凝胶是能够在水中溶胀又不溶解于水的交联高分子。但是水凝胶材料在溶胀后，其难以定形，力学性能差。这些缺点可以通过对高分子材料的设计来弥补或改善，如接枝改性和共聚改性。这种方法弥补了水凝胶材料力学强度低的缺点，而且可以水凝胶使获得其它如环境响应的特殊性能。 高分子水凝胶 （1）生物领域的应用 药物控释是一种控制目标药物在机体中释放的速率和释放位置的新技术，人工合成的水凝胶已经被成功地应用在这个领域中。含有药物的水凝胶进入有机体后，由于浓度梯度的原因，药物会自行扩散出凝胶，或者水凝胶由于外部作用降解而使药物扩散，通过控制凝胶的构成，可以做到缓慢地并且以所需药量的释放，进而提高药物的利用率。 水凝胶的应用 （2）工业方面的应用 目前工业污染对环境所带来的破快的较大的，凝胶可以吸收大量的重金属离子。凝胶表面积比一般的材料大，可以制备成选择性离子传输膜，在催化和萃取方面有一定的应用。 （3）形状记忆材料的应用 具有形状记忆功能的材料是指在其外部环境变化时可以感受刺激，并能够对这种变化响应，改变其物理形态甚至是宏观形状。 水凝胶气枕 2.光响应高分子凝胶 光响应高分子凝胶作为高分子凝胶中的一类,也是近年来光感应高分子材料中的又一新兴分支,是一类在光作用下能迅速发生化学或物理变化而作出响应的智能型高分子材料。 通常情况下,光响应高分子凝胶是由于光辐射(光刺激)而发生体积相转变。如在紫外光辐射时,凝胶网络中的光敏感基团发生光异构化、光解离,因基团构象和偶极距的变化可使凝胶发生溶胀。 3.光响应高分子凝胶的响应机理 光响应高分子凝胶的最大特点是响应过程具有可逆性,离开光的作用凝胶会恢复到原来的状态。 （1）将感光性化合物添加入高分子凝胶中 凝胶材料中含有感光性物质,感光物质吸收光能后导致材料温度、电场等环境因素发生改变,进而对某一环境因素作出响应性。常用的感光性化合物有叶绿酸、重铬酸盐类、芳香族叠氮化合物与重氮化合物、芳香族硝基化合物和有机卤素化合物等。 a.在热敏型凝胶材料中引人特殊的感光化合物。 b.在凝胶材料中引入感光化合物,利用其遇光分解产生离子化作用来 实现响应性。 （2）在高分子的主链或侧链引入感光基团 凝胶分子链上含有感光基团后,感光基团一旦吸收了光,在相应波长光能作用下就会引起电子跃迁而成为激发态。处于激发态的分子通过分子内或分子间的能量转移发生异构化作用,引起分子构型的变化,促使材料内部发生某些物理或化学性质的改变,进而产生一定的响应性。 引人的感光基团种类很多,主要有:光二聚型感光基团(如肉桂酸醋基)、重氮或叠氮感光基团(如邻偶氮醒磺酸基)、丙烯酸醋基团以及其他具有特种功能的感光基团(如具有光色性、光催化性和光导电性基团等)。 感光基团 4.光响应高分子水凝胶的制备 将所合成的丙烯酸酯偶氮苯(AZO-n)、HEMA、PEGDA600 和 MBAA 按一定比例混合（丙烯酸酯偶氮苯：甲基丙烯酸羟乙酯：PEGDA600：N，N-亚甲基双丙烯酰胺=0.02~0.1g：0.7g：0.2g：0.1g） ，制备的 5 种丙烯酸酯偶氮苯含量不同的水凝胶。 AZO-6 AZO-8 聚乙二醇二丙烯酸酯（600） 甲基丙烯酸羟乙酯（HEMA） N，N-亚甲基双丙烯酰胺 （1）聚合物结构复杂交联程度很高 （2）AZO-6和AZO-8 含亲水的羟基和磺酸基 （3）侧脸上含有偶氮基团 聚合物结构特点 在达到溶胀平衡后，再用320-390nm 的紫外光光照，我们发现凝胶的溶胀度会随时间增加而减少。但减少的不是很明显，大约减少 5%左右。 *