聚甲基丙烯酸水凝胶的制备研究(3)
图1 溶胀率随时间的变化曲线
2.2 聚甲基丙烯酸水凝胶受交联剂量影响的研究
制备6份交联剂量不同，控制其它物质用量和反应环境相同的水凝胶。其中合成温度为70℃，甲基丙烯酸1.5 ml，无水乙醇1 ml，蒸馏水3 ml，过硫酸钾0.0536 g。6份N，N’-亚甲基双丙烯酰胺量分别为0.0046 g， 0.0091 g， 0.0137 g， 0.0183 g， 0.0228 g，0.0274 g，编号为1-6，放入蒸馏水中浸泡一段时间，到达平衡溶胀率。取出称量质量，计算平衡溶胀率。测定该条件下制备的聚甲基丙烯酸水凝胶受交联剂量的影响。结果如图2所示。实验表明：交联剂量[8,9]较小时，形成的交联点过少。不易形成三文网络结构。溶胀率低。随着交联剂量增加，平衡溶胀率增加。当增大到一定程度。再增加交联剂量。平衡溶胀率根据交联剂用量的增大而减小。交联剂为反应物质量的0.6％时，溶胀性能[10,11]最好。这是由于交联剂用量过多时，易发生交联。交联点过多，使得各交联点之间的间距变小。使进入的自由水变少。即溶胀性能下降，平衡溶胀率变小。
图2 交联剂量对平衡溶胀率的影响曲线
2.3 聚甲基丙烯酸水凝胶受引发剂量影响的研究
制备6份引发剂用量不同，控制其它物质用量和反应环境相同的水凝胶。其中合成温度为80℃。甲基丙烯酸1.5 ml，无水乙醇1 ml，蒸馏水3 ml，N，N’-甲基双丙烯酰胺交联剂 0.0117 g。6份过硫酸钾引发剂量分别为0.0106 g，0.0153 g，0.0205 g，0.0254 g，0.0303 g，0.0355 g，编号为1-6。置于蒸馏水中浸泡一段时间。达到溶胀平衡后，取出称重。计算平衡溶胀率。测定该条件下制备的聚甲基丙烯酸水凝胶受引发剂量的影响。结果如图3所示。实验结果表明：随着引发剂量的增加，平衡溶胀率增加。当增大到一定程度，平衡溶胀率[12,13,14]随着引发剂量的增大而减小。引发剂量为总质量的1.0％时，所制备的水凝胶的溶胀性能最好。这是因为共聚物的摩尔质量和自交联的程度与引发剂的量有关。当引发剂含量较少时，体系中反应活性中心数量较少，聚合速度过慢，甚至于不聚合。因此水凝胶的平衡溶胀率也较小。若引发剂量过大，会使反应速率过于快，聚合的不均匀，导致了交联度的增加与摩尔质量减小，从而水凝胶的平衡溶胀率也会比较小。
图3 引发剂用量对平衡溶胀率的影响曲线
2.4 聚甲基丙烯酸水凝胶受盐溶液浓度影响的研究
用蒸馏水和氯化钠固体来配制浓度分别为0， 0.2， 0.4，0.6， 0.8， 1.0，1.2（g/ml）的溶液。编号分别为1-7。称取7份由交联剂、引发剂用量分别为反应物质量的0.6％、1.0％条件下制备出来的水凝胶[15,16]的质量。依次放入编号为1-7的溶液中。浸泡一段时间，使水凝胶达到平衡溶胀率。取出并称量7份水凝胶的质量。计算平衡溶胀率。测定该条件下制备的聚甲基丙烯酸水凝胶受盐溶液浓度的影响。结果如图4所示。实验表明：平衡溶胀率随着盐溶液浓度的增大而减小。这是因为盐溶液浓度的增大，导致溶液极性的增加，利于大分子间的疏水作用，而使水和大分子之间的相互作用减弱，从而导致凝胶内外渗透压差下降。另一方面，盐浓度除了改变渗透压外，还能影响水凝胶周围水分子结构，同时减弱水与氢键之间的相互作用，从而导致水凝胶收缩作用力加强，平衡溶胀率降低。
图4 盐溶液浓度对平衡溶胀率的影响曲线
2.5 聚甲基丙烯酸水凝胶pH敏感性研究
在室温下，用盐酸、氢氧化钠配制pH=2, 4, 6, 8, 10, 12的溶液。编号分别为1-6。称取6份由交联剂、引发剂用量分别为反应物质量的0.6％、1.0％条件下制备出来的水凝胶的质量。依次放入编号为1-6的溶液中。浸泡一段时间，使水凝胶达到平衡溶胀率。取出并称量6份水凝胶的质量。计算平衡溶胀率。测定该条件下制备的聚甲基丙烯酸水凝胶的pH敏感性[17,18,19]。结果如图5所示。实验表明：pH < 8时，水凝胶的平衡溶胀率随着pH的增大而增大。但当pH > 8后，水凝胶的平衡溶胀率随着pH的增大而减小。且当pH = 8时，水凝胶的溶胀性能最好。这是因为pH 敏感型水凝胶的网络骨架结构中常含有可以自由离子化的基团。聚甲基丙烯酸水凝胶中还有羧酸基团。由于当pH变化时，该基团的离子化程度也会发生变化。从而导致水凝胶溶胀性能的显著变化。显示出pH值敏感性[20,21,22]。在酸性条件下，具有亲水性的羧酸根离子质子化为亲水性相对较弱的羧酸。另外，由于水凝胶内氢键作用。水凝胶的网络空间减小。亲水能力及容纳水的能力都减小。平衡溶胀率减小。随着pH的增大，羧酸逐渐被中和。羧酸根离子增多，氢键也遭到破坏。平衡溶胀率逐渐增大。当碱性较强时，羧酸根离子之间的静电排斥力较大。从而导致空间网状结构不稳定，平衡溶胀率减小。