水凝胶性质实验与表征

水凝胶性质实验与表征

红外光谱(IR)

将完全干燥样品与漠化钾充分碾磨，压片后用红外光谱仪测定其红外光谱图。

相转变温度(LCST)的测定

采用调制DSC分析法(M-DSC)，将达到吸收平衡的水凝胶从纯水中取出，称取10-15mg 的重量，用滤纸拭去表面的水后放入样品池中，密封样品池。N2保护下从室温升至150°C，升温速率5°C/min。所得DSC可焓变与温度关系曲线的峰值温度定义为该样品的LCST。分别测定不同样品的相转变温度。（或采用恒温水浴观察不同温度的温敏现象。）

凝胶溶胀率(SR)

干燥凝胶的质量为W d，凝胶达到溶胀平衡时的状态为W s，凝胶在一定温度下达到溶胀平衡状态时凝胶中水的质量(W s-W d)与干燥凝胶的质量W d之比，定义为水凝胶的饱和溶胀率或平衡溶胀率(Swelling Ratio，SR)：SR=(W s-W d)/W d

用测重法测定水凝胶在10°C-50°C之间的平衡溶胀率(SR)。水凝胶在每个温度下保持12h以上，测定时用润湿的滤纸(润湿不易损伤凝胶)迅速拭去水凝胶表面水分，立即称重，一记录该温度点下水凝胶的质量。滤纸拭水前需浸入泡有凝胶的烧杯，取出滤纸立即用手挤压至不出水后即可用于擦拭凝胶。

分别测定不同样品的凝胶溶胀率。

溶胀/退胀性能

水凝胶的溶胀和去溶胀动力学定义为水凝胶重量随时间的变化。

(l)溶胀动力学

将完全烘干的凝胶在一定温度下，用蒸馏水浸泡使其溶胀。每隔一段时间称重一次，某时刻称得的重量为W t，直到水凝胶的质量几乎不随时间变化为止(W T)。

凝胶含水率定义为：WR=(W t-W d)/(W T-W d)

(2)退胀动力学

一定温度下完全溶胀的凝胶重为W T，然后置于50°C恒温水浴锅中使其退胀。每隔一定时间将水凝胶取出称重W t，某一时间的凝胶水保留率为凝胶的吸水量与t时刻平衡时吸水量之比：WR’=(W t-W d)/(W T-W d)

分别测定不同样品的溶胀/退胀性能

凝胶透射比的测定

将合成后的凝胶浸泡至溶胀平衡, 切成长×宽×高为20mm×10mm×5mm的小块, 置于长×宽×高为40mm×10mm×5mm的比色皿中, 再将蒸馏水注入比色皿。用721B型可见分光光度计, 在500nm处测定凝胶的透射比（6）。

[ 6]KatonoH, SanuiK, Ogata N, et a.l Drug release off behavior and deswelling kinetics o f thermoresponsive IPNs composed of poly(acrylamide-co-butyl methacrylate ) and poly(acrylicacid) [ J]. Polym er Journa l, 1991, 23 ( 10): 1179 1189.

凝胶强度和有效交联密度的测定

将溶胀平衡的凝胶切成长×宽×高为10mm×10mm×5mm的小块, 在自制的凝胶强度测定器上测定凝胶强度[7]。将凝胶薄片放在测定器平台上,加上已知质量的盖板, 依次加载一定质量的砝码使其被压缩, 测定凝胶压缩前高度L0以及凝胶被压缩后的高度L。根据下式可以计算凝胶的剪切模量[7]：τ=F/A0= G (α-α-2)。τ：g/cm2

式中: τ为压缩应力；F为压力负载；A0 为溶胀凝胶压缩前面积；α为压缩应变(L/L0)。

用τ对-(α-α-2)作图, 得到1条直线, 直线的斜率为剪切模量G。

根据下式可以计算凝胶有效交联点密度ρ[8]：ρ= GS1/3e / (RT )。

式中：S e为凝胶在室温下的平衡溶胀比。

[7]张艳群, 哈鸿飞. 氯化钠相转变K-型卡拉胶/聚N-异丙基丙烯酰胺共混凝胶的辐射合成及性质研究[J].高分子学报, 2001( 4): 485-488.

[8]LEE Wen-fu, CHEN Ying-jou. Studies on preparation and swelling properties of the N-isopropylacrylamide/ chitosan semi-IPN and IPN hydrogels [J]. Journal of Applied Polymer Science, 2001, 82( 10): 2487-2496.

凝胶溶胀比及体积相转变温度的测定

准确称取一定量烘干至恒重的水凝胶(m p)放入盛有蒸馏水的恒温玻璃容器内于室温下(23°C)使其溶胀。每隔一定时间将水凝胶取出,用滤纸擦去表面水分立即称重(m t ) , 溶胀比S=(m t - m p) /m p, 平衡溶胀比S e = (m∞t - m p)/m p(其中,m∞t为凝胶溶胀平衡时质量)。

凝胶溶胀平衡后, 将其投入55°C热水中，使其退胀。在某一时间下, 凝胶的吸水量与平衡时的吸水量之比, 即该时间下的水保留率

R = (m t - m p)/（m∞t-m p）。

称取一定量烘干至恒重的水凝胶，溶胀平衡后，置于恒温水浴中，每隔12h升温5°C，分别测不同温度下水凝胶的平衡溶胀比, 得到平衡溶胀比的温度依赖性曲线。作体积收缩开始时最大斜率处的切线和体积收缩平衡后最小斜率处的切线, 两切线交点对应的温度为体积相转变温度。

低临界溶液温度(LcsT)的测定：

配制5mg/ml，聚合物水溶液，室温下搅拌溶液至无色透明的均匀体系，放置24小时后，将各溶液置入聚苯乙烯比色皿，在紫外．可见分光光度计上测定不同温度下溶液的透光率。将各样品池在水浴中加热到测定温度后，放入样品槽测定选定波长450nm下的透光率T。样品池、参比池用循环恒温热水套恒温，溶液的LcsT由透光率降至一半时的温度确定。