Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Science Education Library
Materials Engineering

A subscription to JoVE is required to view this content.
You will only be able to see the first 20 seconds.

 

水凝胶合成

Article

Transcript

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the English version.

水凝胶是一种多功能的交叉链接聚合物,通过相对简单的程序使用通常价格低廉的材料生产。它们通常用于液体吸收剂、传感器、消费品和药物输送。水凝胶可以从溶液中形成,其起起器使单体剂反应,形成聚合物骨干。然后,交联物种将聚合物链结合在一起。这些材料的一个重要方面是,在存在水的情况下,它们膨胀。但是,这种反应可以进一步调整,以增强肿胀作为盐度,PH或其他信号的功能。水凝胶可用于水性或干燥性环境,具有一系列有用的特性,如灵活性、高吸光性、透明度和隔热性。本视频将说明水凝胶的合成和表征。

水凝胶能吸收数百倍于其在水中的重量。当水进入交联聚合物网络时,它会溶解在聚合物主干上的亲水、离子或两个物种。水分子比溶解组大。因此,它们在网络中的存在会导致水凝胶膨胀。当连接聚合物主干的交联链路防止其溶解或断裂时。水凝胶合成是一种生产这些交联聚合物材料的技术。这是一个简单的程序,但涉及有毒和易燃的化学品,因此需要极端的谨慎和预防措施。使用预凝胶成分,水凝胶可以通过自由基聚合制成。一种方法从 DMPAP 作为自由基启动器开始。

DMPAP中的碳-碳键被紫外线光所束缚,形成一个未配对的、高度反应的电子,称为每个碳原子上的自由基。自由基与HEMA中的碳-碳双键反应,形成一个带有自由基的突起链。从主干脱落的羟基组可溶于水,导致在存在水时交联网络膨胀。基器还与化学交联剂TEGDMA中的两个碳-碳双键发生反应。这将主干链连接在一起。当自由基被消耗,或已经完全反应,水凝胶合成完成。肿胀可以通过干燥、保湿,然后重新干燥聚合物来评估。在下一节中,我们将使用这种自由基聚合方法合成和描述水凝胶。

在开始水凝胶合成之前,收集必要的材料和化学品。先前组装的合成模具中的玻璃玻片偏移几毫米,从而形成将预凝胶溶液移液到模具中的通道。所有工作都应在烟雾中使用适当的个人防护设备进行,因为此过程涉及有毒和易燃的化学品。首先,在 1000 微升试管中添加 0.0012 mol% DMPAP。接下来,每次使用新的移液器将 21.2121 摩尔%的 HEMA 和 3.0303 mol% TEGDMA 添加到试管中。使用涡旋机混合溶液,直到达到均质溶液。将铲子浸入颜料 BCP 中,并使用 75.7576 mol% 的溶剂乙二醇将其冲洗到溶液中。

使用涡旋机混合溶液,直到颜料完全溶解,溶液均匀。这种颜料用于使透明水凝胶可见,而溶剂溶解自由基起激剂并保持水凝胶的弹性。使用与合成模具的偏移边缘对齐的微移液器将溶液沉积到模具中。将预凝胶溶液均匀地注射到模具中心。将填充的模具放在紫外线照射手电筒下方 5 厘米处,并照射模具一分钟。从灯中取出模具并拆卸,以便从玻璃玻片上取出水凝胶。

完全联网时,水凝胶应为具有 jello 状一致性的橡胶固体。用去离子水冲洗水凝胶的两侧,从产品中去除任何未反应的化学种类和聚糖物。在紫外线照射时间为 1.5 和 5 分钟时重复此过程,总共产生三个水凝胶。

将成品水凝胶浸入同丙醇容器中一至两小时。酒精将取代水凝胶中的乙二醇,使其在保持结构的同时快速干燥。从酒精中取出水凝胶,在露天晾干约30分钟。称重并记录每个干水凝胶的重量。将水凝胶浸入去离子水中,直到完全肿胀。从水中取出凝胶,轻轻擦干。称重并记录肿胀的水凝胶的重量。使用肿胀的水凝胶,Ws和干燥的水凝胶,Wd的重量,计算膨胀程度。

发现一分钟样本的肿胀程度约为136%,1.5分钟样本的肿胀程度为387%,5分钟样本的肿胀程度为81%。这些结果表明,在最长的紫外线照射时间,有较少的肿胀。由于在紫外线照射增加的聚合物分子之间形成更多的联系,聚合物链上有更多的弹性抑制力。这导致水凝胶与交联较少的水凝胶的交联扩张更少。

现在,您已经了解水凝胶的合成和特征化方法,让我们来看看它们在日常产品中的使用方式。消费类产品,如医院垫、女性卫生垫和尿布,含有最常见的超吸水聚合物之一。这种水凝胶可以膨胀,吸收高达800倍其重量的液体,使制造商能够创造苗条舒适的产品。本视频中合成的水凝胶用作草坪洒水器中的传感器。当草坪被浇水时,传感器与土壤接触并膨胀,直到触发洒水器关闭。

你刚刚看了乔夫关于水凝胶合成的介绍。现在你应该了解水凝胶是如何合成和特征的。谢谢你的收看。

Read Article

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter