基于喷雾干燥和Diels-Alder点击反应的智能水凝胶微球的制备与表征

作     者：杨小庆 

作者单位：河南工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：楚晖娟;魏宏亮

授予年度：2019年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：水凝胶微球 Diels-Alder反应 喷雾干燥 敏感性 控释 

摘      要：由于Diels-Alder反应可在水中进行,可以不需要催化剂或引发剂,同时因具有高选择性、原子经济性而在水凝胶的制备中广受关注。而喷雾干燥因其快速、方便、可大规模地制备微球而引人注目。本研究利用喷雾干燥过程中发生的Diels-Alder反应形成交联,得到水凝胶微球,为水凝胶微球的快速制备提供了一种新方法。本论文首先通过自由基聚合合成二元共聚物,然后对其进行修饰制备了大分子双烯体与大分子亲双烯体,最后通过喷雾干燥分别制备了三种具有刺激响应性的水凝胶微球。通过FT-IR、NMR、SEM、XRD、TGA、拉曼光谱等仪器表征了所涉及样品的结构和形态,并对水凝胶微球的溶胀及缓释性能进行了研究。具体研究内容如下:(1)首先以N,N-二甲基丙烯酸酰胺与马来酸酐为单体通过自由基聚合合成了含有酸酐基团的共聚物,用糠胺对该共聚物进行修饰制备了大分子双烯体;以N-乙烯基吡咯烷酮、N-羟甲基丙烯酰胺为单体通过自由基聚合合成了含有羟基的共聚物,在脱水剂的作用下用N-(D,L-异丙酸基)-马来酰亚胺(AMI)对该共聚物进行修饰合成了大分子亲双烯体。然后配制了大分子双烯体与大分子亲双烯体的水溶液,通过喷雾干燥过程中的原位Diels-Alder反应产生化学交联点,制备出具有pH敏感性的水凝胶微球。通过改变用于喷雾干燥的溶液的质量浓度来调节水凝胶微球性能,对所得产品的结构与性能进行表征。最后以尿素为模型分子,研究了该水凝胶微球对尿素的缓释行为。结果表明,制备的水凝胶微球具有pH敏感性,其溶胀度随pH的升高而升高。同样地,尿素的释放速度亦随着pH的升高而加快。(2)首先以衣康酸酐与N-异丙基丙烯酰胺为单体通过自由基聚合制备了含有酸酐基团的共聚物,用糠胺对该共聚物进行修饰得到了大分子双烯体;以N,N-二甲基丙烯酸酰胺、甲基丙烯酸羟乙酯为单体通过自由基聚合制备了含有羟基的共聚物,在脱水剂的作用下用AMI对其进行修饰合成了大分子亲双烯体。然后配制大分子双烯体与大分子亲双烯体的水溶液,通过在喷雾干燥过程的原位Diels-Alder反应产生化学交联点,制备出具有刺激响应性的水凝胶微球。通过改变用于喷雾干燥的溶液的质量浓度来调节水凝胶微球的性能,对所得产品的结构与性能进行表征。最后以水杨酸为模型分子,研究了该水凝胶微球对水杨酸的缓释行为。溶胀研究表明,制备的水凝胶微球具有温度与pH敏感性,其溶胀度随温度与pH的升高而升高,同样地,水杨酸的释放速度亦随着温度与pH的升高而加快。(3)首先利用糠胺对N,N-二甲基丙烯酸酰胺与马来酸酐的共聚物进行修饰合成大分子双烯体;利用AMI对N,N-二甲基丙烯酸酰胺与甲基丙烯酸羟乙酯的共聚物进行修饰合成大分子亲双烯体,然后配制大分子双烯体与大分子亲双烯体的混合溶液,通过喷雾干燥过程中的Diels-Alder点击反应形成化学交联,制备出具有温度/pH双敏感性水凝胶微球。通过FT-IR、NMR、TGA、SEM等分析手段对中间产物及最终产物的结构与性能进行表征。通过称重法研究了不同温度和pH下微球的溶胀行为。最后以尿素作为模型分子,研究了水凝胶微球对尿素的控释行为。研究表明,微球的溶胀度随着温度或pH的增加而增加。通过改变pH或温度可以调节尿素的释放速率。利用喷雾干燥过程中的Diels-Alder点击反应制备水凝胶微球,具有操作简单、成本低、易于工业化等优点,在水凝胶微球的制备中具有广泛的应用前景。