图17-2为样品1,样品2,样品3,样品4,样品5的DSC曲线图。为了更深入地了解聚乙二醇/低共熔溶剂凝胶体系的热力学行为,本实验记录了0~100℃范围内样品的升温、降温过程。我们发现样品1,样品2,样品3,样品4,样品5都有明显的吸热峰、放热峰。这正对应着样品在升温、降温过程中的熔融和凝胶过程。而且升温、降温过程,有且只有一个吸热峰或者放热峰,这表明聚乙二醇/低共熔溶剂凝胶是一个均一的体系,并且各种物质之间可能存在相互作用。此外,我们归纳了样品1,样品2,样品3,样品4,样品5的热力学参数,具体参数见表17-4。
图17-2 不同质量比的PEG/ChCl-Urea的升温和降温过程中的DSC曲线
表17-4 样品的热力学参数
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由表17-4可以看出,样品1的熔点是57.25℃,样品2的熔点是59.00℃,样品3的熔点是57.67℃,样品4的熔点是57.90℃,样品5的熔点是58.30℃。氯化胆碱/尿素组成的低共熔溶剂在摩尔比1∶2的情况下,熔点为12℃。聚乙二醇的熔点为62℃。然而,不同比例的凝胶样品的熔点随聚乙二醇含量的增加而变化不大。这表明聚乙二醇/低共熔溶剂组成的凝胶的熔点主要与高分子聚合物有关,低共熔溶剂在凝胶中起到增塑剂的作用。这可能是因为聚乙二醇的空间网状结构在聚乙二醇/低共熔溶剂凝胶体系中起到“骨架”的作用,这个骨架支撑了整个凝胶体系的结构。要想破坏这个体系,必须使整个凝胶体系的熔点达到其骨架的熔点附近,因此整个体系的熔点和骨架的熔点相近,而与体系中可以移动的低共熔溶剂的熔点关系不大。另外,我们发现聚乙二醇/低共熔溶剂凝胶体系的熔点依然低于聚乙二醇的熔点,这表明低共熔溶剂的增塑降低了聚乙二醇的分子链韧性和分子链活动,降低了聚乙二醇分子链的作用力。所以,聚乙二醇/低共熔溶剂凝胶体系的熔点低于聚乙二醇的熔点。
从熔化焓观察,从样品1到样品5,随着聚乙二醇含量的增加,凝胶体系的熔化焓和凝胶焓都在有所增加,表明随着聚乙二醇含量的增加,低共熔溶剂/凝胶体系的热稳定性增加。这可能是因为,随着聚乙二醇含量的增加,在整个凝胶体系之中相互交联的网状结构变得更加密集,因此导致整个凝胶体系热稳定性增强。
另外,随着聚乙二醇含量的增加,凝胶点温度在逐渐升高。例如,样品1的凝胶点是34.57℃,样品5的凝胶点达到了37.59℃。这说明了聚乙二醇增多,可以影响体系的凝胶温度,使其移向温度增高的方向。同时,加入聚乙二醇的量较少时,对凝胶体系的影响不大。
最后,随着聚乙二醇含量的增加,凝胶的熔限在不断地变窄,由图17-2可以很明显地看出样品1,样品2,样品3的熔限都较大,而样品4、样品5的熔限较小。这说明了在低共熔溶剂含量过多时,凝胶体系的热稳定性差。
综上所述,从样品1到样品5的DSC曲线,我们可以发现:第一,我们制备的样品形成了均一的凝胶体系,且当聚乙二醇含量低时对凝胶体系的影响不大;第二,随着聚乙二醇的增加,整个PEG/DES凝胶体系的热稳定性在增加,这可能与氢键、凝胶的空间结构有关。
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