AMA-m-P(AA-co-NVP)共聚物水凝胶的合成与溶胀性能研究*

刘明凯，梁成峰，郭建维

(广东工业大学轻工化工学院，广东 广州，510006)

AMA-m-P(AA-co-NVP)共聚物水凝胶的合成与溶胀性能研究*

刘明凯，梁成峰，郭建维

(广东工业大学轻工化工学院，广东 广州，510006)

合成了金刚烷胺改性丙烯酸-N-乙烯基吡咯烷酮(AMA-m-P(AA-co-NVP))共聚物水凝胶，通过改变原料配比可有效调控水凝胶的溶胀率。金刚烷胺(AMA)的比例越大，反应中和效率越低。随着反应物中AMA/AA和NVP/AA比例的升高，共聚物水凝胶的溶胀率逐渐增大。产物AMA-m-P(AA-co-NVP)聚合物水凝胶最大吸水率为312g/g。

金刚烷胺;N-乙烯基吡咯烷酮;改性聚合物;水凝胶

乙烯基毗咯烷酮(NVP)常温下是一种无色或者淡黄色、略有气味的透明液体，易溶于水，是合成聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)的单体［1－2］。NVP单体聚合可以得到PVP，其分子结构类似于用作简单蛋白质的模型结构，是一种十分重要的水溶性高分子聚合物，广泛应用于食品、化妆品、生化医疗领域［3］。NVP的交联聚合物(PVPP)由于具有生理安全性、吸水性、水不溶性、络合性等优良特性，在食品、生化、医药、化妆品、纺织、塑料、皮革等领域有广阔的应用前景。金刚烷(ADH)及其衍生物具有独特的笼状结构，特殊的化学、物理和药理学性质备受关注，被称为新一代的精细化工原料［4－6］。NVP的交联共聚物也具有良好的生物相容性，因此在医药领域中也具有广阔的应用前景［7］，而在此基础上通过具有抗病毒功能的金刚烷胺对其进行改性，便可以使此类聚合物的应用得到进一步拓展。

为了进一步拓展金刚烷改性聚合物的应用范围，我们设计并合成出了金刚烷胺改性的丙烯酸-N-乙烯基吡咯烷酮共聚物水凝胶(AMA-m-P(AA-co-NVP))，并研究了AMA/AA、NVP/AA比值变化对水凝胶溶胀性能的影响。

1 实验部分

1.1 试剂和仪器

试剂:NVP单体，工业级，襄樊市金保罗化工科技有限公司;盐酸金刚烷胺，药用，东北制药总厂;偶氮二异丁腈，分析纯，天津市福晨化学试剂厂;乙醇、丙酮、氢氧化钠等，均为分析纯。

仪器:NICOLET380型傅立叶红外光谱仪，美国THERMO公司;强力电动搅拌机，上海华烨试验设备有限公司;电热恒温水浴锅、恒温自动干燥箱，天津市泰斯特仪器有限公司;NDJ－1旋转粘度计，上海恒液仪器科技有限公司。

1.2 AMA-m-P(AA-co-NVP)共聚物合成

加72g丙烯酸、151g金刚烷胺和一定量的乙醇于250mL三口烧瓶中，在60℃水浴下搅拌3h，加入112g NVP和一定量的偶氮二异丁腈(AIBN)以2℃/5min，升温至72℃，在此温度下搅拌20min后加入交联剂(Bis)，再以2℃/5min升温到80℃，至析出大量沉淀，取出，将沉淀物在60℃下进行真空干燥，粉碎得产物。产物经乙醇洗涤除去未反应的单体、引发剂、交联剂和未交联的线性共聚物，过滤、重复3次后取粉末，60℃真空干燥得最终产物AMA-m-P(AA-co-NVP)。

2 产物表征

图1 P(AA-co-NVP)和 AMA-m-P(AA-co-NVP)共聚物水凝胶红外光谱Fig.1 IR spectra of hydrogel based on P(AA-co-NVP)or AMA-m-P(AA-co-NVP)

图1所示为产物的红外光谱图。在1733.4 cm－1处是 COOH的伸缩振动吸收峰。在1651.3 cm－1处是吡咯烷酮上羰基的缩振动吸收峰，在1424.7cm－1左右为亚甲基剪式弯曲振动引起的吸收峰。而AMA-m-P(AA-co-NVP)的红外光谱图中，在2915.4 cm－1和 2856.9 cm－1处出现新的双峰是金刚烷胺中CH和CH2键的伸缩振动吸收峰［8］;同时在1564.1 cm－1处出现新峰，这是 COO－的非对称伸缩振动吸收峰。由此可推断:AMA-m-P(AA-co-NVP)水凝胶中AMA和AA仍然是以－COOH·NH2－键结合，水凝胶主链结构与线性 AMA-m-P(AA-co-NVP)相同。

3 结果与讨论

3.1 AMA/AA摩尔比对水凝胶溶胀率的影响

AA/NVP=1.5 、AIBN 3.65% 、bis 2.74% 条件下，改变AMA与AA的摩尔比，考查中和度对溶胀性能的影响。

由于中和度的增加使网络内氢键减少，交联程度降低，同时单位长度网链上强亲水性的羧基离子化程度高，使外部水分子对树脂的渗透压增高［9］，因而溶胀率增大，从图2中氮含量曲线可以看出溶胀性随着AMA的比例增高而增高。

图2 溶胀性和氮含量随金刚烷胺/丙烯酸的变化曲线Fig.2 Influence of AMA/AA on EWC and Nitrogen content of the hydrogel

3.2 NVP/AA对产物溶胀性能的影响

在 AMA/AA=1 、AIBN 3.65% 、bis 2.55% 条件下，改变NVP与AA的摩尔比，考察NVP浓度对溶胀性的影响。

由于NVP的五元环结构，其亲水性较差。但是在共聚过程中，一部分NVP被分散在直链的AA中，另有一部分NVP会发生开环共聚［10］，会降低共聚物的交联密度，所以在一定范围内，随着NVP/AA比例的增大，共聚物的交联密度逐渐降低，导致水凝胶的氮含量和溶胀率都随之增高，结果如图3所示。

图3 溶胀性和氮含量随NVP/AA的变化曲线Fig.3 Influence of NVP/AA on EWC and Nitrogen content

在 AMA∶AA∶NVP=0.61∶1∶0.66、AIBN 3.65%、bis2.74%、80℃反应条件下得到的水凝胶产物，在蒸馏水中的溶胀率最高值为312g/g。

4 结论

合成了AMA-m-P(AA-co-NVP)聚合物水凝胶并研究了原料配比变化对产物溶胀性能的影响。发现当AMA/AA比例增大时，反应中和效率降低。随着AMA/AA的比例增大，产物的溶胀性能逐渐增大。NVP含量的变化对产物溶胀性能也有影响，随着反应物中NVP/AA比例的增大，共聚物水凝胶的氮含量和溶胀率都有显著提高。得到的共聚物水凝胶在蒸馏水中的溶胀率最高为312g/g。

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Synthesis and Swelling Properties of AMA-m-P(AA-co-NVP)Copolymer Hydrogel

LIU Ming-kai，LING Cheng-feng，GUO Jian-wei
(School of Light and Chemical Engineering，Guangdong University of Technology，Guangzhou 510006，Guangdong China)

N-vinylpyrrolidone-acrylic acid copolymer hydrogel modified by amantadine(AMA-m-P(AA-co-NVP))has been prepared.The swelling rate could be effectively adjusted by changing the reactants ratio.In the synthesis experiment，neutralization efficiency decreased with increasing the amantadine content.With the increasing of AMA/AA and NVP/AA proportion，the swelling rate of the copolymer hydrogel is ascendant.The maximum ratio for absorbing water of the copolymer hydrogel is 312 g/g.

AMA;N-vinylpyrrolidone;modified copolymer;hydrogen

TQ316.6+1

2011－05－09

广东工业大学重大项目培育专项(405095220)，番禺科技计划项目(2009－Z－40－1)