直鏈型與支鏈型疏水締合水凝膠的機(jī)械性能與溶脹行為

高婷婷, 李志英, 高　歌, 劉鳳岐

(吉林大學(xué)化學(xué)學(xué)院, 長春 130021)

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直鏈型與支鏈型疏水締合水凝膠的機(jī)械性能與溶脹行為

高婷婷, 李志英, 高歌, 劉鳳岐

(吉林大學(xué)化學(xué)學(xué)院, 長春 130021)

以丙烯酰胺(AM)為親水單體, 脂肪醇聚氧乙烯醚丙烯酸酯(AEO-AC-n-m,n為疏水端烷基鏈碳的數(shù)目,m為親水端PEG鏈的長度,n,m=13, 5; 10, 5; 13, 10)為疏水單體, 十二烷基硫酸鈉(SDS)為表面活性劑, 過硫酸鉀(KPS)為引發(fā)劑, 通過膠束聚合制備了3種聚丙烯酰胺-co-脂肪醇聚氧乙烯醚丙烯酸酯(AM-co-AEO-AC)疏水締合水凝膠. 以疏水烷基鏈為直鏈的疏水單體AEO-AC-13-5合成的直鏈型水凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)均勻且強(qiáng)度高, 其形態(tài)在水中可維持180 d. 而以疏水烷基鏈為支鏈的疏水單體AEO-AC-10-5與AEO-AC-13-10合成的支鏈型水凝膠的機(jī)械性能較弱, 60 d內(nèi)即溶解于水中. 在相同條件下, 直鏈型水凝膠斷裂時的最大應(yīng)力是支鏈型水凝膠的4～5倍. 利用彈性橡膠理論中的新胡克方程計算了直鏈型和支鏈型水凝膠的有效交聯(lián)密度ν0和有效交聯(lián)點(diǎn)間的分子量Mc.

疏水締合水凝膠; 機(jī)械性能; 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu); 溶脹行為; 丙烯酰胺; 脂肪醇聚氧乙烯醚; 丙烯酸酯

水凝膠具有獨(dú)特的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu), 能吸收大量水分并維持形態(tài), 是一種與細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)形態(tài)類似的橡膠材料, 具有生物相容性好[1]及刺激響應(yīng)性強(qiáng)[2]等優(yōu)點(diǎn), 廣泛應(yīng)用于藥物緩釋、 組織工程、 環(huán)境工程及智能材料等領(lǐng)域[3～6]. 但傳統(tǒng)化學(xué)交聯(lián)水凝膠存在機(jī)械性能較弱、 合成時所使用的化學(xué)交聯(lián)劑及合成的凝膠的水解產(chǎn)物對人體和環(huán)境有害等缺陷. 因此, 高強(qiáng)度、 低污染的“綠色”凝膠成為人們致力研發(fā)的目標(biāo)[7]. 目前, 高力學(xué)強(qiáng)度水凝膠主要有雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)水凝膠[8]、 互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠[9]、 納米復(fù)合水凝膠[10]、 滑動環(huán)水凝膠[11]、tetra-PEG水凝膠[12]、 星型或樹枝狀大分子水凝膠[13]及疏水改性水凝膠[14]. 其中, 疏水改性水凝膠不需要化學(xué)交聯(lián)劑且力學(xué)強(qiáng)度高, 適合作為生物載體材料. 水凝膠的宏觀性能(力學(xué)強(qiáng)度或溶脹行為等)依賴于其微觀網(wǎng)絡(luò)的交聯(lián)方式及交聯(lián)點(diǎn)形態(tài)[15]. 疏水締合水凝膠由膠束聚合而成, 其“交聯(lián)點(diǎn)”一般為疏水單體的疏水端通過“疏水-疏水”作用, 在表面活性劑的協(xié)助下在水中形成動態(tài)平衡的疏水締合微區(qū). 常見的疏水單體有丙烯酸十二酯[16]、 丙烯酸十八酯[17]、 己內(nèi)酯[18]及辛基酚聚氧乙烯醚丙烯酸酯(OP-AC)[19～24]等. 以O(shè)P-AC為主的疏水締合水凝膠在拉伸強(qiáng)度、 水中壽命與溶脹倍數(shù)、 溫度敏感及自愈合等性能上都取得了突破性進(jìn)展, 但其水解產(chǎn)物對環(huán)境有害.

本文以丙烯酰胺AM(10%, 質(zhì)量分?jǐn)?shù))為親水單體, 以脂肪醇聚氧乙烯醚丙烯酸酯[AEO-AC-n-m,n為疏水端烷基鏈碳的數(shù)目,m為親水端PEG鏈的長度;n,m=13, 5; 10, 5; 13, 10; 其中AEO-AC-10-5和AEO-AC-13-10疏水端為異構(gòu)支化碳鏈; AEO-AC-13-5疏水端為十二烷基與十四烷基直碳鏈按1∶1(摩爾比)混合, 疏水端數(shù)目n取平均值13]為疏水單體, 以十二烷基硫酸鈉(SDS)為表面活性劑, 以過硫酸鉀(KPS)為引發(fā)劑, 通過膠束聚合[25]制備了3種疏水締合水凝膠AEO-AC-n-m-AM(n,m=13, 5; 10, 5; 13, 10). 通過改變疏水單體的種類、 含量及其與表面活性劑的摩爾比, 從微觀上改變了有效締合點(diǎn)的締合強(qiáng)度、 網(wǎng)絡(luò)中有效締合點(diǎn)的密度及網(wǎng)鏈上有效締合點(diǎn)的分布, 實現(xiàn)了對凝膠機(jī)械強(qiáng)度、 溶脹程度及水中壽命等宏觀性能的調(diào)控. AEO-AC-n-m-AM凝膠對環(huán)境無害, 直鏈型的AEO-AC-13-5-AM水凝膠具有較高機(jī)械性能, 在水中壽命較長; 而支鏈型的AEO-AC-10-5-AM和AEO-AC-13-10-AM水凝膠可迅速在水中降解, 且機(jī)械性能相對較弱.

1　實驗部分

1.1試劑與儀器

脂肪醇聚氧乙烯醚AEO-n-m(n,m=13, 5; 10, 5; 13, 10), 工業(yè)級, 江蘇省海安石油化工廠; 丙烯酰胺(AM), 分析純, 天津市福晨化學(xué)試劑廠, 重結(jié)晶處理; 十二烷基硫酸鈉(SDS), 化學(xué)純, 天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所; 過硫酸鉀(KPS), 分析純, 北京化工廠; 丙烯酰氯(AC), 工業(yè)級, 上海海曲化工有限公司; 二氯甲烷、 三乙胺(TEA)和四氫呋喃(THF), 北京化工廠, 重新蒸餾使用.

日本Shimadzu 公司Autograph AG-I型電子萬能試驗機(jī); 美國Nicolet Instrument Corporation公司Avatar 360型傅里葉變換紅外光譜(FTIR)儀; 德國Bruker公司Vector 22型傅里葉紫外-可見光譜(UV-Vis)儀.

1.2AEO-AC的制備

將0.25 mol AEO-n-m(n,m=13, 5; 10, 5; 13, 10), 0.30 mol TEA與250 mL二氯甲烷依次加入500 mL的三頸燒瓶中, 冰水浴30 min, 使體系溫度降至0 ℃; 將0.375 mol AC溶于67.8 mL二氯甲烷中, 逐滴加入上述溶液中, 于0～5 ℃反應(yīng)12 h得到AEO-AC-n-m粗產(chǎn)物; 反應(yīng)結(jié)束后抽濾除鹽, 旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去溶劑, 用乙醚萃取, 在室溫下真空干燥, 得到AEO-AC-n-m(n,m=13, 5; 10, 5; 13, 10).

1.3AEO-AC-n-m與SDS水分散體系的制備及透明性測試

分別配制疏水單體AEO-AC-n-m(n,m=13, 5; 10, 5; 13, 10)和表面活性劑SDS的水分散體系:疏水單體均為0.422 mmol, SDS分別為0, 0.042, 0.106, 0.169, 0.211, 0.253, 0.317, 0.380, 0.422, 0.630, 0.840, 1.266, 1.688 mmol. 加蒸餾水至體系總質(zhì)量30 g, 于50 ℃水浴中機(jī)械攪拌12 h, 充分?jǐn)嚢杈鶆蚝? 取2 mL溶液置于樣品池中, 用紫外-可見光譜儀測試透過率. SDS與AEO-AC的摩爾比R分別為0, 0.1, 0.25, 0.4, 0.5, 0.6, 0.75, 0.9, 1.0, 1.5, 2.0, 3.0, 4.0.

1.4AEO-AC-n-m-AM凝膠的制備

將0.422 mmol AEO-AC-13-5與42.2 mmol AM和0.422 mmol SDS置于小燒杯中, 加入蒸餾水使反應(yīng)溶液質(zhì)量為30 g, 混合均勻后轉(zhuǎn)移至玻璃試管(內(nèi)徑Φ18 mm)中, 每管放入5個塑料細(xì)管(φ6 mm×50 nm), 通N2氣10 min后, 加入0.080 mmol KPS, 在攪拌的條件下繼續(xù)通N2氣30 min, 在室溫下靜置30 min后于50 ℃水浴中反應(yīng)12 h, 得到AEO-AC-13-5-AM凝膠. 用0.422 mmol AEO-AC-10-5代替AEO-AC-13-5, 重復(fù)上述實驗, 得到AEO-AC-10-5-AM凝膠. 用0.422 mmol AEO-13-10代替AEO-AC-13-5, 得到AEO-AC-13-10-AM凝膠.

將AEO-AC-n-m(n,m=13, 5; 10, 5; 13, 10)的用量變?yōu)?.422, 0.844, 1.266, 1.688和2.110 mmol, SDS的用量相應(yīng)變?yōu)?.422, 0.844, 1.266, 1.688和2.110 mmol, 重復(fù)實驗, 制得單體濃度不同的凝膠AEO-AC-n-m-AM(x),x為AEO-AC占AM的摩爾分?jǐn)?shù),x=1%, 2%, 3%, 4%, 5%.

1.5凝膠的溶脹行為和拉伸性能測試

將所有樣品同時置于室溫下50 mL蒸餾水中, 每隔一段時間t取出一個凝膠樣品, 以濕潤試紙吸取表面水分并稱重, 記為mt, 然后放入烘箱中干燥至恒重md. 凝膠的溶脹比(Swelling degree)由Swellingdegree=[mt/(m0·S)]×100%計算, 剩余凝膠分?jǐn)?shù)(Remaining gel fraction)由Remaininggelfraction=[md/(m0·S)]×100%計算.

將凝膠樣條從塑料管中取出, 截為φ6 mm×5 cm的測試樣, 將其一端固定進(jìn)行單向拉伸, 上下夾具間初始距離為2 cm, 負(fù)載1 kN, 拉伸速率為100 mm/min, 勻速拉至凝膠斷裂, 根據(jù)t時刻的拉伸率λ和應(yīng)力σ, 用橡膠彈性理論公式中的新胡克方程計算凝膠小形變時(λ=2)的有效交聯(lián)密度ν0[20,22,26]:σ=ν0kT[λ-(1/λ2)], 式中:σ為對應(yīng)的應(yīng)力;k為波茲曼常數(shù);T為拉伸時的室溫.

有效交聯(lián)點(diǎn)的數(shù)均分子量Mc根據(jù)Mc=ρNA/ν0計算[20,22,26], 式中:ρ為樣品的密度, 由于假設(shè)拉伸前后體積不變, 因此密度也不變;NA是阿伏伽德羅常數(shù).

2　結(jié)果與討論

2.1紅外光譜表征

Fig.1　 FTIR spectra of AEO-n-m(a—c) and AEO-AC-n-m(d—f)a. AEO-13-5; b. AEO-10-5; c. AEO-13-10; d. AEO-AC-13-5; e. AEO-AC-10-5; f. AEO-AC-13-10.

Fig.2　Changes in optical transmittances as a function of R for dispersion systems of AEO-AC-n-m and SDSa. AEO-AC-13-5; b. AEO-AC-10-5; c. AEO-AC-13-10.

2.2透明性

當(dāng)疏水締合微區(qū)的尺寸足夠大時, 分散體系的濁度可以直接體現(xiàn)表面活性劑與疏水單體的聚集行為[26]. SDS對締合微區(qū)的影響體現(xiàn)在兩個方面:一方面, 由于電荷互相排斥可形成穩(wěn)定的SDS膠束, 增溶疏水單體, 構(gòu)筑有效的疏水締合微區(qū), 增加表觀交聯(lián)密度; 另一方面, SDS過量會導(dǎo)致每個SDS膠束中的疏水單體數(shù)目降低, 疏水締合微區(qū)強(qiáng)度下降. 為了考察SDS對直鏈型凝膠與支鏈型凝膠中疏水締合微區(qū)的影響, 圖2給出AEO-AC-n-m與SDS的水分散體系的透過率測試結(jié)果.R為SDS與AEO-AC-n-m的摩爾比. 當(dāng)R=0時, 體系中不含SDS, 圖2曲線a對應(yīng)的透過率僅為1.0%, 圖2曲線b的透過率為7.6%, 圖2曲線c的透過率為44.7%, 疏水單體本身水溶性較低, 只能在機(jī)械攪拌下以單個或幾個分子聚集的形式不均勻地分散在水中, 未形成有效疏水締合微區(qū). 當(dāng)R=0.1時, 體系中存在少量SDS, 疏水單體在SDS的協(xié)助下開始聚集, 形成尺寸較大、 結(jié)構(gòu)復(fù)雜、 不穩(wěn)定的疏水締合微區(qū), 這種不均勻的聚集行為使分散體系的透明度降至最低. SDS在50 ℃時的最低臨界膠束濃度為9.2×10-6mol/mL(R=0.65). 因此當(dāng)R≥0.65時, SDS分子在水中形成穩(wěn)定的SDS膠束, 增溶疏水單體; 當(dāng)R≤0.65時, 尚未達(dá)到SDS自膠束形成條件, 圖2曲線b和c的透過率卻超過90%, 說明此時2種支鏈型疏水單體與SDS以共膠束的形式均勻分散在體系中. 直鏈型單體AEO-AC-13-5與SDS的疏水部分結(jié)構(gòu)相近, 空間位阻低, 較易聚集進(jìn)入SDS膠束當(dāng)中, 且它的疏水端為長直鏈, 疏水締合強(qiáng)度高, 在水中形成了尺寸最大的疏水締合微區(qū), 因此當(dāng)R≤3.0時, 圖2曲線a的透過率低于90%. 而SDS過量時, 分配到每個SDS膠束中的疏水單體數(shù)目下降, 疏水締合微區(qū)尺寸下降, 締合強(qiáng)度下降, 直至R≥3.0, 圖2曲線a的透過率超過90%. 因此, 為獲取具有一定機(jī)械強(qiáng)度的凝膠, 并且降低SDS的離子效應(yīng)對凝膠在水中溶脹壽命的影響, 選取R=1.0.

2.3溶脹性能

由于疏水締合凝膠的疏水締合微區(qū)中存在締合-解締合的動態(tài)平衡, 因此這種物理締合水凝膠的溶脹行為與傳統(tǒng)的化學(xué)交聯(lián)凝膠明顯不同. 凝膠浸泡于純水中時, 由于凝膠和純水之間具有滲透壓, 凝膠中游離的SDS向水中擴(kuò)散, 而水分子進(jìn)入凝膠. 水分子首先解開鏈段間的纏結(jié)作用, 親水鏈段舒展, 凝膠網(wǎng)絡(luò)孔隙增大. 在一些弱締合點(diǎn)中, 疏水締合作用力弱的疏水鏈被抽出. 在溶脹初期, 凝膠膨脹倍數(shù)較低, 這些被抽出的疏水鏈相互碰撞形成新的疏水締合點(diǎn), 但若凝膠溶脹倍數(shù)過大, 它們的碰撞概率降低, 傾向于自己蜷縮, 于是疏水締合微區(qū)的強(qiáng)度減弱, 數(shù)目也下降. 當(dāng)剩余的疏水締合點(diǎn)不足以支撐凝膠網(wǎng)絡(luò), 凝膠“溶解”在水中. 3種凝膠的溶脹行為及相應(yīng)拉伸性能如圖3所示. 可以看出, 長直鏈型AEO-AC-13-5-AM凝膠拉伸強(qiáng)度最好, 水中壽命最長:AEO-AC-13-5的疏水端為長直鏈, 空間位阻較小, 結(jié)合緊密, 不易從疏水締合點(diǎn)中抽出, 疏水締合作用最強(qiáng). 短支鏈型AEO-AC-10-5-AM 凝膠在水中壽命最短, 拉伸強(qiáng)度居中:AEO-AC-10-5的親水端PEG鏈與AEO-AC-13-5相同, 但其疏水端的短支碳鏈締合強(qiáng)度最弱, 支化鏈段易從疏水締合點(diǎn)中抽出, 凝膠在拉伸過程中由于體積不變, 抽出的短支碳鏈易重新組成新的締合微區(qū), 從而分散集中應(yīng)力、 代謝能量; 而凝膠溶脹時, 體積逐漸增大, 抽出的短支碳鏈不易重組, 疏水微區(qū)強(qiáng)度降低, 凝膠溶解. AEO-AC-13-10-AM由于PEG鏈最長, 在水中溶脹倍數(shù)最大, 可見, 通過對疏水單體疏水端結(jié)構(gòu)與親水端PEG鏈長度的調(diào)節(jié), 在不使用化學(xué)交聯(lián)劑的情況下, 可對凝膠的溶脹時間和溶脹度進(jìn)行調(diào)控.

Fig.3　Strain-strain curves(A) of AEO-AC-n-m-AM, swelling rations(B) and gel losses(C) for AEO-AC-n-m-AM a. AEO-AC-13-5-AM; b. AEO-AC-10-5-AM; c. AEO-AC-13-10-AM.

2.4凝膠的拉伸性能

Fig.4　Stress-strain curves of AEO-AC-n-m-AM gels(A) a1. AEO-AC-13-5-AM(1%), a2. AEO-AC-13-5-AM(2%), a3. AEO-AC-13-5-AM(3%), a4. AEO-AC-13-5-AM(4%), a5. AEO-AC-13-5-AM(5%); (B) b1. AEO-AC-10-5-AM(1%), b2. AEO-AC-10-5-AM(2%), b3. AEO-AC-10-5-AM(3%), b4. AEO-AC-10-5-AM(4%), b5. AEO-AC-10-5-AM(5%); (C) c1. AEO-AC-13-10-AM(1%), c2. AEO-AC-13-10-AM(2%), c3. AEO-AC-13-10-AM(3%), c4. AEO-AC-13-10-AM(4%), c5. AEO-AC-13-10-AM(5%).

凝膠的斷裂伸長率示于圖4. 部分力學(xué)性能數(shù)據(jù)列于表1. 由圖4及表1可見, 長直鏈型AEO-AC-13-5-AM凝膠的機(jī)械強(qiáng)度最強(qiáng), 最大斷裂應(yīng)力達(dá)248.86 kPa(曲線a4), 而短支鏈型AEO-AC-10-5-AM凝膠最大斷裂應(yīng)力為58.63 kPa(曲線b3), 長支鏈型AEO-AC-13-10-AM凝膠的最大斷裂應(yīng)力為51.81(曲線c5). 保持R值恒定, 增加疏水單體的量, SDS的量也相應(yīng)增加, 理論上單個疏水締合微區(qū)的強(qiáng)度不變, 疏水締合微區(qū)數(shù)目增加, 有效交聯(lián)密度ν0增加, 交聯(lián)點(diǎn)之間的分子量Mc降低, 則最大斷裂應(yīng)力σmax上升, 最大斷裂伸長率λmax隨之下降, 宏觀上體現(xiàn)為凝膠機(jī)械強(qiáng)度增強(qiáng)、 黏性降低. 對于PEG鏈較短的AEO-AC-13-5-AM凝膠與AEO-AC-10-5-AM凝膠, 其凝膠機(jī)械性能最強(qiáng)值并不出現(xiàn)在疏水單體含量最多的測試樣中, 而是出現(xiàn)在AEO-AC-13-5-AM(4%)和AEO-AC-10-5-AM(3%)凝膠中. 說明在水溶液中, 短PEG鏈的疏水單體并不能無限地均一地增溶進(jìn)SDS膠束球中. 疏水單體濃度增大, 容易發(fā)生并聚, SDS膠束不再均攤?cè)渴杷畣误w, 疏水締合微區(qū)總數(shù)減少且不均一,ν0減少,Mc上升,σmax下降,λmax上升, 凝膠強(qiáng)度減弱, 黏性增加. 單體中的親水端PEG對凝膠的機(jī)械強(qiáng)度的影響體現(xiàn)在兩個方面:一方面, 協(xié)同疏水單體與SDS形成共膠束; 另一方面, PEG鏈過長, 會削弱凝膠的強(qiáng)度[16,19,20]. PEG鏈長的AEO-AC-13-10-AM 凝膠在單體濃度低時, 機(jī)械性能偏弱(圖4曲線c1,c2), 歸因于后一方面因素; 但凝膠的機(jī)械強(qiáng)度隨著單體含量提高而顯著提高(圖4曲線c3～c5), 得益于前一方面影響.

Table 1　Mechanical properties of AEO-AC-n-m-AM gels

a.σmaxis Maximum broken stress;b.λmaxis the elongation at broken;c.σis the stress when gel was stretched to 100%(λ=2.0).

綜上所述, 本文制備了一系列環(huán)境友好型的疏水締合水凝膠AEO-AC-n-m-AM凝膠(n,m=13, 5; 10, 5; 13, 10), 研究了疏水單體結(jié)構(gòu)對凝膠拉伸強(qiáng)度和溶脹行為的影響. 長直鏈型AEO-AC-13-5-AM凝膠拉伸性能較強(qiáng), 并且在純水中壽命長達(dá)160 d, 可視為“類永久”凝膠; 支鏈型AEO-AC-10-5-AM與AEO-AC-13-10-AM凝膠拉伸性能較弱, 在水中可以迅速溶解. 含長PEG鏈的AEO-AC-13-10-AM凝膠溶脹倍數(shù)最大. 支鏈和直鏈型疏水締合水凝膠的宏觀性能(拉伸強(qiáng)度、 凝膠壽命、 溶脹程度)及微觀網(wǎng)絡(luò)參數(shù)(有效交聯(lián)密度ν0, 有效交聯(lián)點(diǎn)間的分子量Mc)都與疏水端、 親水端的化學(xué)結(jié)構(gòu)、 疏水締合微區(qū)強(qiáng)度和數(shù)目密切相關(guān), 這為將來疏水締合水凝膠的設(shè)計與應(yīng)用研究開辟了新的思路.

[1]Li G. F., Wu J., Wang B., Zhang W. J., Yan S. F., Yi J. B.,Chem.J.ChineseUniversities, 2015, 36(12), 2582—2589(孫云碧, 徐軍, 徐永祥, 燕立唐, 郭寶華. 高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報, 2015, 36(12), 2582—2589)

[2]Liu S. L., Zhou Y., Chen F. H., Zhu S. J., Xu F., Li S. M.,ActaChimicaSinica, 2015, 73, 47—52(劉水蓮, 周洋, 陳?；? 朱壽進(jìn), 宿烽, 李速明. 化學(xué)學(xué)報, 2015, 73, 47—52)

[3]Yang Z. K., Zhang X. D., Shi D. J., Chen M. Q., Liu S. R.,Chem.J.ChineseUniversities, 2016, 37(1), 37—42(秦勝, 陳柳生, 史燚, 廖琦, 金熹高. 高等學(xué)校化學(xué)學(xué)報, 2016, 37(1), 37—42)

[4]Motamed S., Del Borgo M. P., Kuokarni K., Habila N., Zhou K., Perlmutter P., Forsythe J. S., Aguilar M. I.,SoftMatter, 2016, 12, 2243—2246

[5]Xu A. H., Zhang X. X., Zhao K. Y., Li J. J., Cui W. K.,ActaPolymericaSinica, 2015, 8, 913—920(徐安厚, 張新新, 李嘉杰, 崔文葵. 高分子學(xué)報, 2015, 8, 913—920)

[6]Chi N., Cramer M., Bettinger C. J.,BiomaterialsScience, 2014, 2(5), 766—774

[7]Zhang Y. W., He Y., Gu W. J., Xu J., Zhang W. J., Zhao J. X.,ActaPolymericaSinica, 2015, 6, 713—719(張幼維, 何艷, 顧文娟, 徐晶, 張武警, 趙炯心. 高分子學(xué)報, 2015, 6, 713—719)

[8]Gong J. P., Katsuyama Y., Kurokawa T., Osada Y.,AdvancedMaterials, 2003, 15(14), 1155—1158

[9]Tang Q., Sun X., Li Q., Wu J., Lin J.,ColloidsandSurfacesA:PhysicochemicalandEngineeringAspects, 2009, 346(1—3), 91—98

[10]Wu D. D., Du X. W., Shi J. F., Zhou J., Xu B.,ChineseJournalofChemistry, 2014, 32(4), 313—318

[11]Okumura Y., Ito K.,AdvancedMaterials, 2001, 13(7), 485—487

[12]Sakai T., Matsunaga T., Yamamoto Y., Ito C., Yoshida R., Suzuki S., Sasaki N., Shibayama M., Chung U.,Macromolecules, 2008, 41, 5379—5384

[13]Huang T., Xu H. G., Jiao K. X., Zhu L. P., Brown H. R., Wang H. L.,AdvancedMaterials, 2007, 19(12), 1622—1626

[14]Jiang G. Q., Liu C., Liu X. L., Zhang G. H., Yang M., Chen Q. R., Liu F. Q.,MacromolecularMaterialsandEngineering, 2009, 294, 815—820

[15]Dong M. J., Liu S. L. Tan L. H., Cen L., Fu G. D.,ChineseJournalofPolymerScience, 2016, 34(5), 637—648

[16]Tuncaboylu D. C., Argun A., Sahin M., Sari M., Okay O.,Polymer, 2012, 53, 5513

[17]Liu Y. Y., Liu W. Q., Chen W. X., Sun L., Zhang G. B.,Polymer, 2007, 48, 2665—2671

[18]Anzai R., Murakami Y.,ColloidsandSurfacesB:Biointerfaces, 2015, 127, 292—299

[19]Jiang G. Q., Liu C., Liu X. L., Zhang G. H., Yang M., Chen Q. R., Liu F. Q.,JournalofMacromolecularScience,PartA:PureandAppliedChemistry, 2010, 47, 335—342

[20]Jiang G. Q., Liu C., Liu X. L., Zhang G. H., Yang M., Chen Q. R., Liu F. Q.,Polymer, 2010, 51, 1507—1515

[21]Yang M., Liu C., Li X. L., Gao G., Liu F. Q.,Macromolecules, 2010, 43, 10645—10651

[22]Liu C., Yu J. F., Liu X. L., Li Z. Y., Gao G., Liu F. Q.,JournalofMaterialScience, 2013, 48, 774—784

[23]Liang Z., Gao T. T., Xu J. N., Li Z. Y., Liu X. L., Liu F. Q.,Chem.Res.ChineseUniversities, 2015, 31(4), 633—639

[24]Chen Q. R., Liu C., Jiang G. Q., Liu X. L., Yang M., Liu F. Q.,ActaPolymericaSinica, 2010, 6, 799—802(陳清瑞, 劉暢, 姜國慶, 劉曉麗, 楊猛, 張丹, 劉鳳岐. 高分子學(xué)報, 2010, 6, 799—802)

[25]Gao T. T., Niu N., Liu Y. D., Liu X. L., Gao G., Liu F. Q.,RSCAdvance, 2016, 6, 43463—43469

[26]Liu C., Liu X. L., Yu J. F., Gao G., Liu F. Q.,J.Appl.Polym.Sci., 2015, 132(1), 41222—41229

(Ed.:W, Z)

Mechanical Strength and Swelling Behavior of Fatty Alcohol Polyoxyethylene Acrylate Hydrophobic Associated Hydrogels?

GAO Tingting, LI Zhiying, GAO Ge*, LIU Fengqi*

(College of Chemistry, Jilin University, Changchun 130021, China)

We designed a series of hydrophobic hydrogels(HA-gels) through micellar copolymerization with acrylamide(AM) as hydrophilic monomer, a little amount of fatty alcohol polyoxyethylene acrylate(AEO-AC-n-m:nis the amount of carbon chain,mis the amount of PEG chain,n,m=10, 5; 13, 5; 13, 10) as hydrophobic monomer, and potassium thiosulfate(KPS) as initiator in sodium dodecyl sulfate(SDS) aqueous solution. The “straight HA-gels” prepared by AEO-AC-13-5 with straight carbon chain, possess uniform network structure and higher mechanical properties and can maintain their shapes in still water for 180 d. Conversely, the “branched HA-gels” synthesized by AEO-AC-10-5, AEO-AC-13-10 with various branched carbon chains, show relatively weak mechanical properties and degrade in water within 60 d. More specifically, the maximum broken stress of straight HA-gels is almost 4—5 times higher than branched HA-gels under the same constraints. On the basis of the neo-Hookean equation of the rubber elastic theory, the effective network chain densityν0and the molecular weight of the chain length between cross-linking pointsMcwere evaluated for straight and branched HA-gels.

Hydrophobic associated hydrogel; Network structure; Mechanical property; Swelling behavior; Acrylamide; Fatty alcohol polyoxyethylene; Acrylate

10.7503/cjcu20160115

2016-02-28. 網(wǎng)絡(luò)出版日期:2016-08-26.

國家自然科學(xué)基金(批準(zhǔn)號:21174053)資助.

O631; TB324

A

聯(lián)系人簡介:高歌, 男, 博士, 教授, 博士生導(dǎo)師, 主要從事高分子研究. E-mail:gaoge@jlu.edu.cn

劉鳳岐, 男, 博士, 教授, 博士生導(dǎo)師, 主要從事高分子凝聚態(tài)物理和功能材料研究. E-mail:liufengqi@jlu.edu.cn

? Supported by the National Natural Science Foundation of China(No.21174053).