基于小分子与三聚氰胺双组分超分子水凝胶的研究

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超分子凝胶在药物缓释、组织工程、离子检测以及传感器等许多领域有着巨大的应用前景。其中,双组分超分子凝胶在刺激响应性方面展现出了良好的竞争优势,因而引起了人们极大的兴趣。但是,现有的双组分超分子凝胶存在着响应性因素过于单一的问题,不能同时对多重外界刺激产生响应,使其应用范围受到了限制,研制具有多重刺激响应性的双组分超分子凝胶将是一个重要的研究热点。基于此,本文选用了亚氨基二乙酸和氨三乙酸分别与三聚氰胺作为双组分,在水中构筑了两种不同的双组分超分子凝胶体系,并采用扫描电镜、红外光谱、流变仪和XRD等多种测试表征手段分别对两种凝胶的结构与基本性质进行了研究,还利用Hansen溶解度参数对混合溶剂中小分子的凝胶性能进行了分析,给出了溶剂参数对小分子凝胶的预测规律。最后,探究了两种双组分水凝胶对温度、pH以及离子等外界环境因素的多重刺激响应性。主要内容如下:(1)三聚氰胺(M)和亚氨基二乙酸(I)以2:1或3:1的摩尔比可以在水中自组装形成稳定的白色不透明双组分超分子水凝胶。研究结果表明,基于分子间氢键作用,M和I在水中先自组装形成了超分子聚合物结构,然后进一步多层次自组装并将大量的水禁锢住,进而形成了该双组分超分子水凝胶体系。流变学测试结果表明,该水凝胶有着良好的机械性能,储能模量G’始终高于损耗模量G’,表现出了典型凝胶的特点。(2)氨三乙酸(N)和三聚氰胺以1:1的摩尔比可以在水或者与水混合的有机溶剂中形成稳定的双组分超分子凝胶。研究结果发现,M和N先是在溶剂中通过分子间氢键作用形成了超分子聚合物结构,然后以层状堆积的方式进一步自组装,最后禁锢住溶剂进而形成了该双组分超分子凝胶体系。采用Hansen溶解度参数法对混合溶剂中MN的凝胶性能进行了分析,结果发现通过氢键粘合力参数δh可以对该体系的凝胶行为进行很好的区分。当氢键粘合力参数δh值处于34.542.3范围内时,可以形成稳定的凝胶体系,借助这点能够判断两种小分子在一些未知混合溶剂中的凝胶行为。(3)本文构筑的两种双组分超分子水凝胶均具有多重刺激响应性,可以对温度、pH以及氟离子的刺激做出响应。此外,氨三乙酸-三聚氰胺双组分水凝胶还可以选择性识别Fe3+、Co2+和Ni2+。这些特性有望使该双组分水凝胶在传感器和卤素离子以及金属离子的选择性识别等方面得到应用。
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