親和溫敏聚合物在雙水相體系中的應用

李樹白

摘 要：將異丙基丙烯酰胺單體和丙烯酸隨機共聚合成了二元線型聚合物，使聚合物既具有了溫度敏感性能又提供了可與金屬離子螯合反應的功能基團—羧基-COOH。采用水作為聚合反應溶劑，氧化-還原體系（APS）為引發體系，TEMED作為加速劑，來合成聚合物PNIPAAm-co-AAm，得到合成聚合物PNIPAAm-co-AAm最佳化條件，考察了聚合物的得率以及水溶性速率；通過紅外光譜物理性質研究；制備得到的溫敏聚合物PNIPAAm-co-AAm具有良好的物理化學性能。

關鍵詞：親和溫敏聚合物 PNIPAAm-co-AAm 制備 表征

中圖分類號：O631.5 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）12（c）-0074-02

聚-N-異丙基丙烯酰胺（PNIPAAm），由于其大的分子側鏈同時具有親水性的酰胺基（-CONH-）和疏水性的異丙基（-CH（CH3）2），使線性PNIPAAm的水溶液具有溫敏性。智能溫敏型高分子可在藥物釋放、固定化酶、物料分離、免疫分析等方面應用。該文將異丙基丙烯酰胺單體和丙烯酸隨機共聚合成了二元線型聚合物，采用自由基水溶液聚合法，考察了聚合物的得率以及水溶性；通過紅外光譜研究其物理特性；制備了溫敏聚合物PNIPAAm-co-AAm。

1 實驗方法

1.1 溫敏聚合物PNIPAAm-co-AAm的制備

在100mL具塞磨口圓底燒瓶中，投入N-異丙基丙烯酰胺（1.0g）和丙烯酸（100mL）溶解在25mL去離子水中，真空脫氣10min，滴加N，N，N，N-四甲基乙二胺（TEMED）（60mL）作為氧化還原加速引發劑，并且滴加過硫酸銨溶液（10%，w/v，0.6ml）引發聚合反應，通氮氣15min，之后50℃恒溫水浴中密閉反應2h。隨后將上層清液輕輕傾出后，加入去離子水（50mL）溶解沉淀。溶清后，50℃恒溫水浴中30min，離心，得到沉淀。上述步驟重復3次，以去除未反應的單體。最后一次沉淀中可加入0.2moL/L NaCl來鹽析。50℃真空干燥，計算產率和測試水溶性。

1.2 溫敏聚合物PNIPAAm-co-AAm性能表征

1.2.1 特性粘數的測定

參照國標GB/T1632-93特性粘數測定。

1.2.2 PNIPAAm-co-AAm的紅外FT-IR的表征

在500～4 000/cm的范圍內，測定單體以及PNIPAAm-co-AAm的FT-IR紅外吸收。

2 結果與討論

2.1 溫敏聚合物PNIPAAm-co-AAm的合成

單體NIPAAm和AAm均易溶于水，因此以水作反應溶劑，APS作為引發劑和TEMED作為引發加速劑，制備得到PNIPAAm-co-AAm。50℃水浴中，NaCl溶液來促進聚合物的沉淀，多次離心回收得到PNIPAAm-co-AAm，收率為 89.7%，并且水溶性實驗結果可以看出，PNIPAAm-co-AAm具有很好的水溶性，反應原理見圖1。

2.2 溫敏聚合物PNIPAAm-co-AAm特性粘度表征

衡量聚合物性能的重要指標之一是聚合物分子量及分子量分布。通過粘度法測定了PNIPAAm-co-AAm的特性粘數，來研究不同實驗條件對PNIPAAm-co-AAm分子量的影響。根據Mark-Houwink方程：[η]=KMα（參數K、α值是通過其他分子量測定法來校正制定的）。PNIPAAm類的聚合物的相對分子質量與特性粘數是呈正比關系。由圖2可知，lnηr/C～C、ηsp/C～C曲線方程為Y=-1900.6X+124.81和Y=6507X+123.32，兩條擬和曲線的標準差分別為R2=0.8525和R2=0.9232并且兩條直線會在縱坐標相交于某一點，計算可得PNIPAAm-co-AAm的特性粘數為124.06。

2.3 溫敏聚合物PNIPAAm-co-AAm紅外表征

對NIPAm單體、丙烯酸單體、PNIPAAm-co-AAm進行了紅外表征。如圖3所示，PNIPAAm-co-AAm具有以下的特征譜圖：3 434 l cm為仲酰胺（-NH）伸縮振動峰，1 649 l cm和1 547 l cm為酰胺I（C=O）及酰胺II（CO-NH-），異丙基上雙甲基的對稱變形振動耦合分裂而成的雙峰分別為1 3 88 l cm和1 3 68 l cm，異丙基的骨架振動峰分別為1 1 72 l cm和1 130 l cm。羧酸中（-OH）伸縮振動峰分別在3 063 l cm和2 661 l cm附近，羧酸中羰基（-C=O）的伸縮振動峰在1 724 l cm附近。經PNIPAAm-co-AAm與NIPAm單體和丙烯酸單體紅外特征吸收譜圖比較，發現在1 622 l cm的雙鍵（C=C）以及1 434 l cm的CH2=CH-特征吸收峰沒有出現，而在PNIPAAm-co-AAm的紅外圖譜中在1 724 l cm附近出現了羧酸-COOH的特征峰，表明單體已經發生聚合，且共聚物中含有羧基-COOH結構，即得到了目標聚合物。

3 結語

采用了自由基水溶液聚合法成功合成了PNIPAAm-co-AAm聚合物，并且具有良好的水溶性，其特性粘數[η]為124.06，產物經FT-IR表征。

參考文獻

[1] 祝黔江，陶朱，馬培華，等.N-烷基取代丙烯酰胺共聚體系溫敏性質研究[J].高分子學報，1997（5）：74-77.

[2] 周嘯，何其維.N-異丙基丙烯酰胺溫度敏感性水凝膠相轉變動力學研究及其應用[J].高分子學報，1992（1）：74-80.

[3] 卓任禧，張先正.溫度及pH敏感聚（丙烯酸）/聚（N-異丙基丙烯酰胺）互穿聚合物網絡水凝膠的合成及性能研究[J].高分子學報，1998（1）：40-43.endprint