溫敏性微凝膠形成水凝膠的動力學(xué)、分形結(jié)構(gòu)和性能改進.pdf

1、溫敏性聚氮-異丙基丙烯酰胺(PNIPAM)微凝膠在其體積相轉(zhuǎn)變溫度以下高度親水溶脹，在該溫度以上變得疏水并急劇坍縮。如果同時處在一定濃度的電解質(zhì)溶液中，微凝膠分散體系將失去其膠體穩(wěn)定性，發(fā)生原位凝膠化。該新型水凝膠具有兩級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以作為可注射細(xì)胞支架等組織工程材料。
　　在以NaCl為代表的總生理鹽濃度條件下，等溫加熱PNIPAM微凝膠分散體系使其凝膠化。在NaCl濃度保持恒定時，凝膠時間tg隨微凝膠含量的增加而減小。在微凝膠

2、和NaCl的濃度都恒定時，tg隨溫度的升高而降低。該凝膠化動力學(xué)可以由Tobitani-Ross-Murphy模型描述。
　　在極低的生理自由Ca2+濃度條件下，PNIPAM微凝膠分散體系就能發(fā)生凝膠化。凝膠化動力學(xué)偏離Tobitani-Ross-Murphy模型。原因是在微凝膠表面電荷尚有殘留的情況下，水凝膠由鈣離子的橋聯(lián)作用和特異性吸輔助形成。
　　對比兩個標(biāo)度理論模型可以對PNIPAM水凝膠的分形結(jié)構(gòu)進行深入的考察。根

3、據(jù)Shih等人的模型，水凝膠屬于強連接區(qū)，但得到的主干分形維數(shù)無意義，意味著該模型不適用。Wu-Morbidelli模型指示水凝膠為過渡區(qū)凝膠。根據(jù)該模型，隨著溫度的增加，分形維數(shù)df從～2.5降至～1.8;隨著NaCl濃度的增加，df從～2.1降至～1.7。這一數(shù)值變化指示了隨著溫度或鹽濃度的增加，凝膠化經(jīng)歷了反應(yīng)控制（甚至伴隨重排）到擴散控制聚集機理的轉(zhuǎn)變，它源于微凝膠之間相互作用力的變化。
　　提升PNIPAM微凝膠濃度、溫

4、度或NaCl濃度可以提升水凝膠的強度，但機理不同;施加大應(yīng)變也可提升凝膠強度，原因是分形主干被拉伸，應(yīng)力傳導(dǎo)方式發(fā)生變化。將線性高分子聚4-苯乙烯磺酸鈉或人造粘土Laponite與微凝膠共混，仍需與小分子電解質(zhì)共同作用才能使微凝膠分散體系凝膠化。物理共混起到了抑制了凝膠的收縮的作用，但凝膠儲能模量隨之降低。
　　本論文探討了一種新型的由溫敏性微凝膠熱致凝膠化形成水凝膠的動力學(xué)、分形結(jié)構(gòu)以及提升其性能的方法和規(guī)律。對該材料更進一步的