可聚合离子液体及其交联共聚物凝胶的合成及应用研究

发布时间：2017-03-27 00:00

  本文关键词：可聚合离子液体及其交联共聚物凝胶的合成及应用研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文研究了几种阴离子或者阳离子带不饱和化学键的可聚合离子液体的合成与表征,并研究了可聚合离子液体交联共聚物凝胶的合成及其吸液保液性能与机理,探索了可聚合离子液体交联共聚物凝胶在难水溶香精缓释领域的应用。研究了阳离子带不饱和化学键的可聚合离子液体的合成、表征及其交联共聚物凝胶的合成与吸液性能。以丙酮为溶剂,甲基丙烯酸-N,N'-二甲胺基乙酯(DMAEMA)与等摩尔丙酸(AS)中和后过滤,减压脱除溶剂,得到无色透明的DMAEMA-AS可聚合离子液体。采用同样方法,用磷酸中和DMAEMA,所得沉淀经真空干燥后可得到白色DMAEMA-H3PO4可聚合离子液体。两种可聚合离子液体的相变温度分别为-61.9℃、76.2℃。以过硫酸铵(APS)为引发剂,以N.N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBAM)为交联剂,甲基丙烯酸-2-羟基乙酯(HEMA)分别与两种可聚合离子液体在水溶液中交联共聚,得到Poly(HEMA-co-DMAEMA-AS/H3P04)交联共聚物凝胶,对水和多种有机溶剂具有吸收作用。EMA在聚合反应单体中的质量分数不超过55%,其用量对两种凝胶的吸液性能没有明显影响；HEMA的用量进一步增大,则导致凝胶的吸液性能急剧下降。研究了阴离子带不饱和化学键的可聚合离子液体的合成、表征及其交联共聚物凝胶的合成与吸液性能。在室温搅拌条件下将AMPS分散到丙酮中,逐滴滴加丁胺(BA)液体中和,过滤后旋转蒸发去除丙酮,得到淡黄色透明的粘稠AMPS-BA可聚合离子液体,其相变温度为-47.7℃。以APS为引发剂,以MBAM为交联剂,DMAEMA为共聚单体,采用水溶液聚合法可合成Poly(AMPS-BA-co-HEMA)交联共聚物凝胶,对水以及多种有机溶剂具有吸收作用,吸收丁胺可达18.8g/g,吸水可达120.3 g/g。如果HEMA在反应单体混合物中的质量比低于15wt%,共聚产物没有吸液性能；HEMA在反应单体混合物中的比例超过90wt%的时候,共聚产物不再吸收甲醇和苯甲醇,但可以吸收少量水和二甲基亚砜。研究了共聚单体的性质对可聚合离子液体交联共聚物凝胶吸液性能的影响。分别以水以及苯为溶剂,采用溶液聚合法合成了DMAEMA-AS以及AMPS-BA可聚合离子液体与丙烯酰胺、丙烯酸钠以及苯乙烯的交联共聚物凝胶,发现Poly(DMAEMA-AS-co-AANa)以及Poly(AMPS-BA-co-AANa)均只吸水而不吸收有机溶剂；Poly(DMAEMA-AS-co-AAm)以及Poly(AMPS-BA-co-AAm)均只能吸收水和二甲基亚砜,不吸收其它有机溶剂；苯乙烯与DMAEMA-AS以及AMPS-BA可聚合离子液体的交联共聚物均不吸水,但能够吸收多种有机溶剂,Poly(DMAEMA-AS-co-St)可以吸收己烷、环己烷、苯、甲苯、二氯甲烷、氯仿、甲醇、乙醇,而Poly(AMPS-BA-co-St)可吸收己烷、环己烷、苯、甲苯、二氯甲烷、氯仿、甲醇、乙醇以及甲基丙烯酸甲酯。研究了可聚合离子液体的交联共聚物凝胶的保液性能。分别采用静态加压法、加热法以及高速离心法,测定了可聚合离子液体的交联共聚物吸收水、DMSO以及苯形成的凝胶的保液性能,发现凝胶具有良好的加压保液性能,在分别施加100g或者500g静态压力的情况下,其保液率没有明显区别,均超过98%。与医用脱脂棉相比,可聚合离子液体的交联共聚物凝胶具有良好的加热保液性能,可以显著地抑制吸收液体的挥发。可聚合离子液体的交联共聚物吸收液体之后的凝胶具有良好的离心保液性能,在高速转动条件下吸收的液体几乎没有损失,而医用脱脂棉的离心保液性能较差。研究了可聚合离子液体的交联共聚物凝胶的吸液保液机理。液体溶剂分子与可聚合离子液体交联共聚物的高分子链以及自由离子的极性相近或者内聚能密度相近、或者能够发生溶剂化作用,使溶剂分子能够自发地与高分子链以及自由离子混合；与此同时,交联共聚物中的离子液体基团处于电离状态,因电离而产生的自由离子在溶剂中的热运动使之远离高分子离子,使高分子离子上点电荷之间的静电排斥作用超越高分子离子与自由离子之间的静电吸引作用,交联高分子链充分舒展,交联网络充分张开而能够容纳大量液体溶剂分子,产生超强吸液现象。探索了可聚合离子液体交联共聚物凝胶在香精缓释领域的应用。利用Poly(DMAEMA-AS-co-HEMA)凝胶既能够吸水成为水凝胶、又能够吸收乙醇成为乙醇凝胶、香兰素易溶于乙醇而难溶于水的原理,将香兰素溶解于95%乙醇后被Poly(DMAEMA-AS-co-HEMA)干凝胶吸收后脱除乙醇、再吸水成为水凝胶,将香兰素负载于Poly(DMAEMA-AS-co-HEMA)凝胶中,其负载能力远远超过吸收香兰素的饱和水溶液。Poly(DMAEMA-AS-co-AAm)干凝胶吸收香兰素乙醇溶液的性能随溶液浓度增大而稳步下降,但负载香兰素的性能先稳步提高、随后略有提高而增加幅度很小。香兰素负载量较低的Poly(DMAEMA-AS-co-AAm)干凝胶在碳酸钠-碳酸氢钠缓冲溶液中的溶胀速度很快,60min基本达到平衡溶胀。香兰素从Poly(DMAEMA-AS-co-AAm)凝胶中释放的速度较快,24h内释放率可达60%以上,并且香兰素在Poly(DMAEMA-AS-co-AAm)凝胶中的负载量越低其释放率越高。
【关键词】：离子液体 交联共聚物 凝胶 甲基丙烯酸-N N’-二甲胺基乙酯(DMSEMA) 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O645.1;O648.17
【目录】：

• 摘要4-7
• Abstract7-20
• 论文的创新与贡献20-21
• 第1章 绪论21-40
• 1.1 研究背景与选题意义21-22
• 1.2 离子液体的性质与应用22-24
• 1.2.1 离子液体的性质22-23
• 1.2.2 离子液体的应用23-24
• 1.3 聚合离子液体在功能高分子材料中的应用24-37
• 1.3.1 基于可聚合离子液体的功能高分子材料的合成24-26
• 1.3.2 智能响应性材料26-27
• 1.3.3 高分子分散剂27-28
• 1.3.4 导电高分子材料28-29
• 1.3.5 凝胶材料29-31
• 1.3.6 气体吸收材料31
• 1.3.7 高分子催化剂31-33
• 1.3.8 新型碳材料前驱体33-34
• 1.3.9 多孔材料34-35
• 1.3.10 基于可聚合离子液体的高分子材料在生物学中的应用35-36
• 1.3.11 其它应用36-37
• 1.4 研究目标与研究内容37-38
• 1.4.1 论文研究目标37-38
• 1.4.2 主要研究内容38
• 本章小结38-40
• 第2章 基于DMAEMA的可聚合离子液体及其与HEMA交联共聚物的研究40-51
• 2.1 前言40
• 2.2 实验部分40-42
• 2.2.1 仪器与试剂40-41
• 2.2.2 基于DMAEMA的可聚合离子液体的合成与表征41
• 2.2.3 凝胶的合成41-42
• 2.2.4 吸液性能测试42
• 2.3 结果与讨论42-50
• 2.3.1 基于DMAEMA的可聚合离子液体的合成与DSC表征42-44
• 2.3.2 基于DMAEMA的可聚合离子液体的结构表征44-46
• 2.3.3 凝胶的合成46-47
• 2.3.4 凝胶的吸液性能47-48
• 2.3.5 共聚单体HEMA的影响48-50
• 2.4 结论50
• 本章小结50-51
• 第3章 AMPS-BA可聚合离子液体及其与HEMA交联共聚物凝胶的研究51-61
• 3.1 前言51
• 3.2 实验部分51-53
• 3.2.1 仪器与试剂51-52
• 3.2.2 AMPS-BA可聚合离子液体的合成52
• 3.2.3 AMPS-BA可聚合离子液体的DSC表征52
• 3.2.4 AMPS-BA可聚合离子液体的~1HNMR表征52
• 3.2.5 凝胶的合成52-53
• 3.2.6 吸液性能测试53
• 3.3 结果与讨论53-59
• 3.3.1 AMPS-BA可聚合离子液体的合成与DSC表征53-55
• 3.3.2 AMPS-BA可聚合离子液体的结构表征55-56
• 3.3.3 凝胶的合成56
• 3.3.4 凝胶的吸液性能56-58
• 3.3.5 共聚单体HEMA的影响58-59
• 3.4 结论59-60
• 本章小结60-61
• 第4章 共聚单体对可聚合离子液体交联共聚物凝胶吸液行为的影响61-70
• 4.1 前言61
• 4.2 实验部分61-63
• 4.2.1 仪器与试剂61
• 4.2.2 Poly(DMAEMA-AS-co-AANa)及Poly(AMPS-BA-co-AANa)的合成61-62
• 4.2.3 Poly(DMAEMA-AS-co-AAm)及Poly(AMPS-BA-co-AAm)的合成62
• 4.2.4 Poly(DMAEMA-AS-co-St)及Poly(AMPS-BA-co-St)的合成62
• 4.2.5 干凝胶产率的计算62
• 4.2.6 吸液性能测试62-63
• 4.3 结果63-68
• 4.3.1 凝胶的合成63
• 4.3.2 Poly(DMAEMA-AS-co-AAm)及Poly(AMPS-BA-co-AAm)的吸液性能63-65
• 4.3.3 Poly(DMAEMA-AS-co-AANa)及Poly(AMPS-BA-co-AANa)的吸液性能65-66
• 4.3.4 Poly(DMAEMA-AS-co-St)及Poly(AMPS-BA-co-St)的吸液性能66-68
• 4.4 讨论68
• 4.5 结论68-69
• 本章小结69-70
• 第5章 可聚合离子液体交联共聚物的保液行为70-78
• 5.1 前言70
• 5.2 实验部分70-73
• 5.2.1 仪器与试剂70
• 5.2.2 加压保液性能70-71
• 5.2.3 加热保液性能71-72
• 5.2.4 离心保液性能72-73
• 5.3 结果与讨论73-76
• 5.3.1 加压保液性能73-75
• 5.3.2 加热保液性能75-76
• 5.3.3 离心保液性能76
• 5.4 结论76-77
• 本章小结77-78
• 第6章 可聚合离子液体交联共聚物的吸液保液机理研究78-94
• 6.1 前言78
• 6.2 理论分析78-86
• 6.2.1 吸液过程78-81
• 6.2.2 离子对的电离81-83
• 6.2.3 自由离子的溶解性83-84
• 6.2.4 保液机理84-86
• 6.3 实验部分86-88
• 6.3.1 仪器与试剂86
• 6.3.2 AMPS-DMAEMA可聚合离子液体的合成86
• 6.3.3 AMPS-DMAEMA可聚合离子液体的DSC表征86-87
• 6.3.4 AMPS-DMAEMA可聚合离子液体的~1HNMR表征87
• 6.3.5 凝胶的合成87
• 6.3.6 吸液性能测试87-88
• 6.4 结果与讨论88-92
• 6.4.1 AMPS-DMAEMA可聚合离子液体的合成与DSC表征88-89
• 6.4.2 AMPS-DMAEMA可聚合离子液体的结构表征89-90
• 6.4.3 凝胶的合成90
• 6.4.4 凝胶的吸液性能90-92
• 6.5 结论92-93
• 本章小结93-94
• 第7章 Poly(DMAEMA-AS-co-HEMA)凝胶对香兰素的缓释作用94-105
• 7.1 前言94-95
• 7.2 实验部分95-97
• 7.2.1 仪器与试剂95
• 7.2.2 香兰素的负载95-96
• 7.2.3 香兰素的缓释96-97
• 7.2.4 负载香兰素的干凝胶在释放介质中的溶胀动力学曲线97
• 7.2.5 香兰素溶液浓度的测定97
• 7.3 结果与讨论97-102
• 7.3.1 分光光度法测定香兰素的浓度97-98
• 7.3.2 溶剂对香兰素负载量的影响98-99
• 7.3.3 溶液浓度对香兰素负载量的影响99-100
• 7.3.4 载药干凝胶在释放介质中的溶胀动力学曲线100-101
• 7.3.5 香兰素的释放动力学曲线101-102
• 7.4 结论102-103
• 本章小结103-105
• 结论105-108
• 参考文献108-122
• 附录122-124
• 致谢124

  本文关键词：可聚合离子液体及其交联共聚物凝胶的合成及应用研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：269536