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采用丁酮/乙醇/水混合溶液為引發(fā)體系，紫外光接枝N-異丙基丙烯酰胺到高密度聚乙烯表面,制備了聚N-異丙基丙烯酰胺（PNIPAAm）溫敏功能膜。對接枝膜進行了各種結構表征和性能測試。得到的
PNIPAAm功能膜具有高的溶脹率（幾十倍）和極快的溫度響應速率（在十秒左右達到溶脹平衡）。這是到目前為止報道的最快的響應速率。討論了接枝鏈的微結構對接枝層的溶脹率和響應速率的影響。

在21世紀，智能材料將是人類生產和生活中所運用的主導材料。近年來，人們對智能材料的認識、研究和應用都得到了飛速的發(fā)展。所謂的智能材料是一種具有感知環(huán)境（包括內環(huán)境和外環(huán)境）的變化，對之進行分析、處理、判斷，并采取一定的措施進行適度響應的智能特征的材料。而刺激響應型的材料正是智能材料中的一種——它是一種能隨周圍環(huán)境條件，如光、溫度、pH值、電場等的變化，材料本身結構或形態(tài)發(fā)生相應變化的材料。由于其在工業(yè)、生物工程、醫(yī)學等方面巨大的潛在應用可能性，智能材料正在受到人們的普遍重視，已經成為材料科學近年來迅速發(fā)展起來的一個重要分支。作為高分子材料之一的膜材料已經廣泛運用到化工、環(huán)保、食品、醫(yī)藥、電子、電力、冶金、輕紡、海水淡化等領域。但目前大多數已應用于生產和科學研究的膜材料并不能響應環(huán)境的變化。相反, 生物細胞膜則不僅能感知環(huán)境變化, 而且可以響應環(huán)境變化以改變自身特性。因此, 許多學者正致力于開發(fā)能響應各種環(huán)境變化的先進的智能膜材料。 在現在廣泛研究的智能膜材料中，溫敏性智能膜是一個研究的熱點。其利用的是在普通膜的表面通過各種物理或者化學的方法，接上一層溫度敏感性聚合物，如聚N-異丙基丙烯酰胺(PNIAAm)。PNIAAm的響應機理是因為具有較低的臨界溶解溫度(LCST)或濁點。在LCST附近，環(huán)境溫度發(fā)生微小的變化，PNIPIAAm就會發(fā)生可逆的、不連續(xù)的體積膨脹或收縮。這種現象被稱為體積相轉變。根據上述特性，可將PNIAAm設計成分子開關等，因此溫敏膜在智能化方面的應用有著廣泛的發(fā)展前景。 而對于性能優(yōu)良的智能高分子膜而言，對環(huán)境刺激具有快速的響應性和反應變化明顯是其必不可少的特征。但目前制備的聚合物PNIPAAm常常溶脹響應速度慢，需要數分鐘甚至數天才能達到平衡，難以達到加工成精細功能型材料的要求，因而極大地限制了其應用。因此尋找到能夠制備出具有快速響應性的溫敏聚合物的方法已經成為研究的一個熱點。 本科研小組以丁酮/乙醇/水的混合溶液為引發(fā)體系，通過引發(fā)N-異丙基丙烯酰胺在高密度聚乙烯表面的紫外接枝聚合的方法制備了聚N-異丙基丙烯酰胺溫敏功能膜。對接枝膜的各項表征顯示PNIPAAm已經成功地接枝到了PE膜上：紅外譜圖顯示接枝膜出現PNIPAAm特征官能團的吸收峰。XPS特征吸收峰的位置可以反映功能膜表面的元素組成。與未接枝的樣品相比，接枝膜的表面新出現了明顯的N1s的電子結合能的吸收峰；對接枝樣品的XPS譜圖進行分析可得無論接枝程度的大小如何，C/N的值大致為6，與NIPAAm結構中的C，N比相等；SEM圖顯示在接枝程度較大的接枝膜的表面出現了直徑大約為20微米明顯的大孔結構。同時可以很清晰的看到大孔結構是不均一的，即在大孔洞里面還嵌套著大量大小約為幾個微米級的小孔結構，這些小孔互相連通貫穿形成了聚合物網絡。 溶脹/去溶脹測試表明這種接枝膜對溫度變化具有很高的響應速率，可以在10秒內達到溶脹平衡，這是以前的文獻中鮮有報道的。同時，接枝PNIPAAm的溶脹倍率可以高達60，幾乎等于不受限制的塊狀凝膠的溶脹率。DSC分析和去溶脹測試顯示PNIPAAm的低臨界溫度(LCST)大約在33 °C左右。具有快速響應能力的智能膜在傳感器、智能開關、藥物釋放等方面具有較為重要的潛在應用價值。

第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品 三等獎
2010.12 第二屆北京市大學生化學競賽 一等獎
2011.4 本科生科學研究基金資助項目優(yōu)秀項目
2011.6 高分子全國年會會議論文 投稿中