刺激应答性高分子凝胶材料

殴帅 ： 支、材 剃镑 993年第9期 化 工 时 刊 ·l5· 0 ‘ ’矗 ●： ． ， ．．· ’ ． ， f ≤≮ 1O年代 F3ory首先对高分子凝胶开始研 究，5O年代 W．Kuhn和 A．Ka∞halsky对环境 变化具青应答功能的高分子凝胶进行研究． 7O年 代 高 分 子 凝 胶 的 相 转 变 (Phase Transition)现象 的发现及对其临界状态的研 究和利用日益活跃起来。刺激应答性高分子 凝腔对外界环境的刺激 ，包括温度、pH、藩荆 组成、离子、电场、光照(紫外光和可见光)及 生化反应等的变化 ，能 自动感 知、判断和驱 动 ，并及时作出应答。这种刺激应答的变化是 连 续的、可逆的 。 这类把化学能、电能直接转化为机槭功 的 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 ．具青传感、处理和执行功能．近年被 列为智能材料加以研究与开发。国际交流活 动十分频繁。1 991年 l_月在美国洛杉矶召 开“刺激应答性高分 子凝腔材料 为主题的 {(Active．Smart and Responsive Materials》的会 议。1992年 3月 23～25日在 日本神寮川县 大矶刚召开了《第一届智能材料国际会议，． 并决定“后每隔两年分别在美囤和法国召 开。这跌国际会议共有 I 2个囤家参加 ，发表 了 230项科研成果 ，其中一部分是刺激应答 性高分子凝胶作为智能材料的研究成果。倒 如，用高分子凝腔制成的“人造蚯蚓 在硫酸 }Ilj水溶液中 15mA／cm。电流密度下船曲线地 移动，速度 为 25cm／min；“人造鱼”的游动速 度 为 J 2~ ／min 制成会爬坡的 甲壳虫和会 拍打双髯 行的小昆虫 ；制成机器 人的手指， 在碳酸钠水溶液中50伏电压 会抓起水中 的鸡蛋．凝腔青“柔软性”，因而也棱作为医用 材料l米研究开发，制成 人造皮肤、人造脏器、 人造跟球的玻璃体 人造肌内等。用聚 烯酸 Q z 7．2 和聚乙基 怒唑啉的共聚凝腔埋植在糠尿囊 人的悻内．可长期(3～5年)自动地根据生理 需要释放出羹胶体内的胰岛素．近两年置外 还 出 版 刊 物 {Journal of~ memt System and Structure，．专门报导智瞻材料的 最新成就及评价的论著．目奉研制发晨较l恢． 1991年 】2月 15～16日日本膏分子协会膏 分子凝胶组 在筑波城召开专门学术会议，工 业技术院展出一十 能obo—BuI F佩 的机嚣 人．它的手指用高分予麓腔■成．会在空气中 拿住一张薄薄的纸．目前捌激应警性商分予 凝胶作为智能材料的最新成就．受到日本政 府、大学、工业研究部门的重税，指定日奉国 际贸易和工业部门的科学技术机构负责推动 此项新材料的研究与开发． 目前．刺激应警性膏分予麓腔韵研究，巳 从单一刺激发展到多种和连镶刺激．虽拣仍 处于实验室研究阶段，疆计可作为传毫嚣、转 换器、开关、显示单元和记忆功能材料．有诱 人的发展近景． 高分予凝腔是在几乎所有藩剂中藩胀的 具有三维同络结构物的膏分予材料．接其在 溶剂中的藩胀特性．可分为水麓胶、无机麓胶 和有机麓胶 3类．从教惩的一度考寨膏分予 凝胶的结构．大致可分 交联网塔螬鞠和分 子阿 4种力(氧t、’‘予、表面张．力翻范●毕 引力)结合的螬相，或者两者蘩有的蠢合鳍 构．第三种是按不同刺激情况下麓腔所作出 的应答情况分类． 1、热捌蠢 聚丙烯暖与素丙坶 胺共素的水麓腔． 有氧t结合的互穿(IPN)交联同塔结鞠 维普资讯 http://www.cqvip.com ·】6· 化 工 时 刊 1993年第 9期 一 CH2-- ”一CHz— ”——聚丙撼酸 C C o ／／ ＼o 0 ＼o ： 1=l ： H ⋯氢链结合 H H ． H —·N — C =o H —·N — o o l f -- CH2一cH—cH2—— cH一 聚 掰烯 酰胺 围 1 鼍两精奠一聚丙蠕 艘热鼍互襄网 络结构 (用 ¨：这种共聚凝腋在纯水中．高于特定温 度时体l积藩胀，反之删收缩．与这类鬟胶的热 刺澈应善功靠相反，N一异丙基丙烯氍艘 (PN )^鬟胶在较低温度(32"C)时砌急君!I涪 胀，在较高疆度时JI9收缩．这是源于受疆度刺 激．凝胶发生相转变．在 PNIPA的水溶液加 入一些聚甲乙醚(PMVE)，水藩液在室温呈 透明状，在特定温度(如 PNIP^ 在 32℃， PMVE在 37℃)以上时．水藩液呈白色混浊． 降到宣疆时水溶液叉呈透明． 2、pH刺漱 聚乙基 署唑啉(PB0|)与聚甲基丙烯酸 (PM^^ )在永中呈配台状态．且在不两 时 发生相转变(睡 2)。 删 ． (=一0 -4 c o CH3 (PEO，) O-H (P■^^) > ¨ 1I phi5．0 c 七cH2 cHf 七af2 手。曲 c=0⋯⋯H--O _c一0 ／ l o 、H CH! C一 0 cH3 七cH 手 CH 3 一∈cH cH,-~ C一 0⋯ ⋯ H— O ／ I CH2 C痒 0 -／<-c~c-)-． CH 图 2 PEo 一PMAA共鼍麓胶的 pH刺激 r 3、光●蝴 ( 紫外线尢刺激 光敏分子，如无色氰 化橱、羌色氢氧化物纳分于进入 P~rPA凝胶 的网络结构所形成的光敏凝胶共聚物 ．在紫 外光照射或停止期射时体 {}}会发生变化(溶 II长或收缩)．Tanaka·T．在 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 中推荐用光敏 荆，倒如．无色氰化韧双(4一(N，N一=甲胺 基荤基一{一乙烯苯基)己脯光照射时凝胶溶 胀，反之收缩 (用 3)； 维普资讯 http://www.cqvip.com 993年第 9期 化 工 时 刊 ·】7· 一 N C1H~ h v CHz cl1-dI{ 围 3 光技 的光刺激反应 (2)可见光刺激 PNIPA中加入发色剂 叶绿酸铜三钠盐(罔 )^面形成光敏凝胶。叶 0 D 圈 4 发色剂化学结构 绿酸中的双键与 PNIPA网络形成共价键。光 七('H cH ( 一 O H N (PAM_PS) CH 3 C — CH3 CH l So H CH， t N I CH 3 照射时收缩 ，停止照射后溶胀。 4、电州蕾 在硫酸钠水溶蔽中每隔 2秒间隙地外加 电压 20伏的直漉电场，直链烷基表面活性剂 c +．PyO 作用下，聚[(2一阿烯酰胺一2一 甲基)I 烷磺酸](PAMPS)凝胶 ．在溶液 中会 一 周一伸地向阴极移动，速度可达 25 厘米／分．表面活性剂(CnH PyCI)是 N一烷 基吡啶嗡的氯化合物 ，在硫酸盐溶液中成带 正电荷的胶束，因而加入电场，凝胶收缩 ，并 带负电荷。电场断开后凝胶内自由离子与溶 渣中离子州形成渗透压 溶胀。在电极对凝 胶的影响作用 产生移动。速度取决于盐的 浓度、表面活性剂烷基链的长短及电流等因 素 cn + 一 I、c=：／ ．、 I (CBH +IPyC1) n= 4、l 2、1 6 圈 5 PAMPS在表面活性剂殛电场剌激下的¨化学结构 5、生化刺激 利用刺激应笞性高分子水援I}￡的微腋囊 妓脂肪小体的1：理膜作 由 斤】渗透膜 、药物 释放 采绳tDDS)等村料的适用性研究正在开 髓。用于生理活性蛋白质的载体在生物反应 工程中提高反应速率或容 易甜离 、精制等操 作 力‘ L二取得引 、^注 目的成褪。例如 PNIPA 与缩水甘油基II1基 lJ J怖鹱酯 t‘；M^)的 典聚 凝腋作为胰蛋白酶的载体，在生化反应中瞳 胰蛋白酶的分离、精制等操作取得较好效果 ， 从混合酶中提取魄蛋白酶效果更佳。高分子 水摇胶将在生化反应及分离、精制 方面取得 更太的 r芷展。t 转 第 1 0页 ) ／ 1 维普资讯 http://www.cqvip.com · 10· 化 工 时 刊 1993年第 9期 妊 靴 一 A ^ ^ 围 7 双戊烯的转化 大多鼓商品聚萜烯树脂 以双戊烯为基 础-旋光(+)一异构体(d一程怖)作厩始单体 可生产双戊烯基聚藉烯。戏戊烯大量甩作与 藏烯、苏台香烯(苯乙烯)聚合的共聚单体。 面提辨的几类共聚物，特别是 PSA用的双 戊烯一苏台香烯共聚物可用于胶粘剂。 四、问题和建议 I、差臣报大 欧关松节油撂加工水平较 高．我国相比差瓶很大 。80年代末到 90年代 初，我困年产 5 吨左右松节油 ，探加工比重 只达到 25％．即 1．25万吨左右。主要是合成 橙油、松油醇和樟脑及少量的冰片和萜烯树 脂 ．合成香料刚刚起步。 2、基础研究薄弱 欧美等国之所以能用 松节油为原料研制出门类繁多的产品 ，就是 因为基础研究工作扎实．目前我国基础研究 工作还根薄弱 ，只有加强研究力量(包括对国 外信息的研究)和资金的投入 ，结 合国 内情 况，不断探索，增强自我开发的能力，改变我 国松节油深加工的落后面貌 。 3、学习和交流 建议加强与欧美等国对 【1公司的接触 ，加强技术交流和技术 I进。最 好通过合资方式，引进松节油深加工技术、装 备、以至生产线 ．在短期内使我国松节油探加 工水平 一个新台阶。 参考文献 (I]林产化工通讯(6)34～37(1 992) (2]CEH。Wood Derivatives，5965000A～ U(1989．10) (33NSR．1 02(6)I2一一I6(I992) (4)PHAN (2)22～24(I 992) f5)撩 ff芳 ． 继续贯彻治理整顿深化改 革的方针，促进松香工业再 卜舟阶》， 在 全 国 松 香 工 作 会 议 卜的 讲 话 (I991．4) (卜接第 17页) 以． 介鳃的是刺擞应答性高分子水凝胶 的结构、性质和应用方面的基本情况，尚未涉 及有机凝脏和 视凝胺．作为智髓材料．尚待 基越理论、应用开发方面进一步研究．方能使 这一门新 的、综台性锟强的边缘学科从理 论与实用 取得突破 参考支献 [1]化学 匕工业 ，5(45)9IO(I992) (23化学 E工业 ，5(45)927(】992) [33Nature，(349)400(1991) (d)Nature．(346)345(J 990) (5)Nature，355)208(I992) (63Nature，(355)242(I992) 维普资讯 http://www.cqvip.com