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基于超支化聚合物凝膠因子的物理凝膠

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基于超支化聚合物凝膠因子的物理凝膠    |    2017-07-10  |   
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近年來,人們研究發(fā)現(xiàn)某些物質(zhì)能在很低的濃度下(質(zhì)量分?jǐn)?shù)甚至低于1%)可使水或有機(jī)溶劑凝膠化,形成熱可逆的物理凝膠,這類物質(zhì)被稱為凝膠因子(gelator)。這類凝膠材料在許多領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用前景,如可用于傳感技術(shù)、分子識(shí)別或提取分離等。到目前為止,已報(bào)道的凝膠因子大多是小分子有機(jī)化合物,包括脂肪酸衍生物、類固醇衍生物、蒽基衍生物、氨基酸衍生物和有機(jī)金屬化合物等。通常,將少量的有機(jī)凝膠因子溶解于某種溶劑中形成超分子結(jié)構(gòu),并自發(fā)組裝形成連續(xù)的空間網(wǎng)絡(luò),從而使得溶劑分子凝膠化。這些分子結(jié)構(gòu)單元之間的超分子相互作用對(duì)凝膠的形成起到至關(guān)重要的作用,這些相互作用包括氫鍵、π-π 相互作用、疏水力、范德華力等等。


此外,人們還設(shè)計(jì)合成了許多聚合物凝膠因子,在這一類研究工作中,線性嵌段共聚物被廣泛用于制備物理凝膠。樹枝狀聚合物可合成不同的代數(shù),分子尺寸可控,其球形分子的表面含有許多功能基團(tuán),這些特點(diǎn)有利于其組裝形成物理凝膠。顏德岳課題組2007年通過分子設(shè)計(jì),一步合成了一種新型的超支化聚合物凝膠因子,即超支化聚(亞甲基丙烯酰胺-胺乙基哌嗪)(HPMA),如1所示

1. 由 MBA  AEPZ 經(jīng) Michael 加成聚合制備 HPMA


這種端氨基的超支化聚酰胺胺能夠在一些有機(jī)溶劑中,例如N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)、二甲亞砜(DMSO)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)和吡啶等,自組裝形成穩(wěn)定的物理凝膠。其中在溶劑 DMF 中的凝膠化能力尤為強(qiáng)烈,臨界凝膠濃度約為 2.5 mg/m L。此外,所得物理凝膠具有溫度響應(yīng)性,即加熱形成透明溶液,冷卻形成非流動(dòng)的物理凝膠,此過程可逆。冷凍透射電鏡測(cè)試結(jié)果表明,所得物理凝膠的微結(jié)構(gòu)由連續(xù)的開放式聚合物網(wǎng)絡(luò)所組成,溶劑分子被有效包裹在聚合物網(wǎng)絡(luò)中。超支化聚酰胺胺分子間的氫鍵相互作用是凝膠化的驅(qū)動(dòng)力,HPMA 分子中的酰胺基團(tuán)和末端氨基均參與了氫鍵的形成。


2. 溶膠-凝膠相轉(zhuǎn)變和超支化聚合物凝膠因子的氫鍵作用機(jī)理示意圖

 

參考文獻(xiàn):Y. W. Zhang, W. Huang,* Y. F. Zhou and D. Y. Yan. Chem. Commun. 2007, 2587–2589


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