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共轴微反应器制备聚N-异丙基丙烯酰胺微凝胶及其在微反应器中的应用

作　者: 纪磊鹏
导　师: 王宏志
学　校: 东华大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: 共轴微反应器微凝胶铿蒙脱石光敏微开关
分类号: TQ316.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

具有相转变高分子微凝胶由于其在基础研究和应用方面的巨大潜力而受到广泛的关注。聚N-异丙基丙烯酰胺及其衍生物制备的微凝胶是一种广为人所知的热敏性材料,当其受到溶剂组分、pH值、离子强度、电场和光等外界刺激下其内部会发生相转变。因为微凝胶对大分子的负载和释放行为受微凝胶尺寸大小影响很大,因此需要微凝胶具有窄的粒径分布。通常的制备方法,比如乳液聚合、无皂乳液聚合制备的微凝胶也具有窄的粒径分布,但是只能制备亚微米大小级别的微凝胶。在微米大小微凝胶的制备方面面临挑战。而微流体技术的发展则提供了一种制备粒径在几十到几百微米大小微凝胶的有效方法。本文综述了传统制备PNIPAm微凝胶的方法,介绍了微反应器的优点和制备方法,概述了其在微反应器中制备微凝胶的最新进展。在本论文中,采用PP中空纤维制作的共轴微反应器制备了分别以N,N-亚甲基双丙烯酰胺和Clay为化学交联剂和物理交联剂的微凝胶。通过FT-IR谱图分析确认成功地制备了两种微凝胶,研究了实验参数和工艺对微凝胶的尺寸的影响。可以通过更换管头、调节连续相流速和连续相表面活性剂的含量来控制最终微凝胶的大小。通过两种改性方法制备了在水中分散性良好的多壁碳管并在共轴微反应器中制备了光敏性PNIPAm/Clay/MWCNT微凝胶。虽然两种改性碳纳米管的方法均可以制备出在水溶液中分散性很好的改性碳管,但是通过Clay改性的碳管由于PNIPAm/Clay特殊的聚合机理没有聚合。研究了改性MWCNT的含量和连续相流速对PNIPAm/Clay/MWCNT微凝胶大小的影响。研究了利用紫外光刻机和激光切割机制备微反应器的工艺,制备了微通道大小在100μm以上的微反应器,表明采用激光切割机刻蚀PDMS制备微反应器是一种简单快捷的方法。初步探索了利用光敏性PNIPAm/Clay/MWCNT凝胶在微反应器上制备微开关的可能性。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-9
目录  9-13
第一章绪论  13-28
  引言  13
  1.1 微凝胶制备技术的研究进展  13-16
    1.1.1 乳液聚合  13-14
    1.1.2 微乳液聚合  14
    1.1.3 反相乳液聚合  14-15
    1.1.4 无皂乳液聚合  15
    1.1.5 分散聚合  15-16
  1.2 微反应器制备微凝胶简介  16-21
    1.2.1 微反应器的主要优点  17-18
    1.2.2 基底材料  18
    1.2.3 微反应器的现代微制造技术  18-21
    1.2.4 键合技术  21
  1.3 微反应器制备微凝胶进展  21-26
    1.3.1 乳液的产生过程  22-23
    1.3.2 微凝胶的产生过程  23-26
  1.4 本论文的研究目的与内容  26-28
    1.4.1 研究目的  26-27
    1.4.2 研究内容  27-28
第二章以共轴毛细管微反应器制备聚N-异丙基丙烯酰胺微凝胶  28-36
  2.1 引言  28-29
  2.2 微凝胶的制备与表征  29-32
    2.2.1 原料和试剂  29
    2.2.2 微反应器的制备  29-30
    2.2.3 溶液的配制  30
    2.2.4 微凝胶的形貌、结构与性能表征  30-32
  2.3 结果与讨论  32-35
    2.3.1 微凝胶成形示意  32
    2.3.2 微凝胶的红外谱图分析  32-33
    2.3.3 微通道尺寸对微凝胶尺寸的影响  33
    2.3.4 连续相的流速对最终微球形貌大小的影响  33-34
    2.3.5 表面活性剂含量对微凝胶尺寸的影响  34-35
  2.4 本章小结  35-36
第三章以共轴毛细管微反应器制备光敏性聚N-异丙基丙烯酰胺/多壁碳纳米管复合微凝胶  36-52
  3.1 引言  36-37
  3.2 微凝胶的制备  37-41
    3.2.1 原料和试剂  37-38
    3.2.2 改性多壁碳纳米管的制备  38-39
    3.2.3 块体凝胶的制备  39
    3.2.4 PNIPAm/Clay微凝胶和PNIPAm/Clay/MWCNT复合微凝胶的制备  39-40
    3.2.5 微凝胶的形貌、结构与性能表征  40-41
  3.3 结果与讨论  41-45
    3.3.1 微凝胶成形示意图  41-42
    3.3.2 微凝胶的红外谱图分析  42-43
    3.3.3 制备微凝胶的形貌和大小分布  43
    3.3.4 微通道尺寸对微凝胶尺寸的影响  43-44
    3.3.5 连续相的流速对最终微球形貌大小的影响  44
    3.3.6 表面活性剂含量对微凝胶尺寸的影响  44-45
  3.4 光敏性PNIPAm/Clay/MWCNT复合微凝胶的制备  45-50
    3.4.1 两种改性多壁碳纳米管比较  45-46
    3.4.2 使用两种改性MWCNT制备光敏凝胶  46-47
    3.4.3 在共轴毛细管微反应器中制备含有改性多壁碳纳米管微凝胶  47-48
    3.4.4 改性多壁碳纳米管的含量对微凝胶大小的影响  48
    3.4.5 连续相流速对复合微凝胶大小的影响  48-50
  3.5 本章小结  50-52
第四章光敏性PNIPAm/Clay/MWCNT凝胶制备光敏微开关的初步探索  52-61
  4.1 引言  52
  4.2 材料和方法  52-53
  4.3 激光控制微开关的示意图  53
  4.4 含有微开关的微反应器的刻蚀  53-60
    4.4.1 使用紫外光刻机制备微通道  53-57
    4.4.2 使用激光器制备光敏水凝胶微开关  57-60
  4.5 本章小结  60-61
第五章全文总结与研究展望  61-63
  5.1 全文总结  61
  5.2 研究展望  61-63
参考文献  63-70
硕士期间所撰写的论文及申请的专利  70-71
致谢  71-72
学位论文修改说明  72-73

共轴微反应器制备聚N-异丙基丙烯酰胺微凝胶及其在微反应器中的应用

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