多功能双网络复合水凝胶的研究

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lemon2513
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水凝胶由于其本身具有三维亲水网状结构,作为柔性功能材料一直是学术界的研究热点。因为它拥有极好的渗透性、吸水性以及生物相容性等,所以有希望应用于组织工程、药物传递等方面。然而水凝胶由于力学性能较差等原因限制了它的应用,因此研究者们开发了一系列方法去增强它本身的性能以扩展它的应用。而双网络水凝胶是将两种不同性质的网络组合在一起,以增强水凝胶的机械性能。最开始是将两种不同单体组成的网络组合在一起,然后逐渐演变成将化学网络和物理网络组成双网络。最常用的物理网络例如聚乙烯醇或聚乙二醇等,但这种高分子材料的生物相容性、降解性都不太好,因此本文我们用天然的高分子材料例如瓜尔豆胶、卡拉胶等将其代替。天然高分子材料一般都是食品工业使用的材料,生物降解性好,且对环境无污染,同时,作为物理交联网络,它可以很好的融入水凝胶网络中,以增强它的力学强度。本文通过水热法合成了四氧化三铁(Fe3O4)/二硫化钼(MoS2),并将聚苯胺(PAni)引入Fe3O4/MoS2表面,通过自组装化学聚合法制备了Fe3O4/MoS2/PAni三元复合物。然后将该三元复合物嵌入由丙烯酰胺和瓜尔豆胶组成的双网络水凝胶中,制备了一种具有磁性和导电性能的Fe3O4/MoS2/PAni复合双网络水凝胶。采用XRD、FITR、SEM、TEM、四探针测试仪、振动样品磁强计、热重分析仪、力学测试对Fe3O4/MoS2/PAni复合水凝胶的结构和性能进行了表征。同时研究了Fe3O4/MoS2/PAni三元复合物含量对复合水凝胶的热稳定性、力学性能、溶胀性能、导电性和磁性的影响。研究结果表明Fe3O4/MoS2/PAni三元复合物引入水凝胶不仅赋予水凝胶导电性能和磁性能,而且构建了与网络间的氢键,得到一种强韧的Fe3O4/MoS2/PAni复合水凝胶。该复合水凝胶最大的饱和磁化强度和电导率分别为1.28 emu·g-1和2.052×10-3 S·cm-1,拉伸强度可达到140KPa。另外,本文用2-甲基-2-丙烯酸-2-羟乙基酯磷酸酯(PHME)改性Fe3O4,得到改性的Fe3O4粒子。然后将该改性的Fe3O4粒子通过共价键嵌入由丙烯酰胺、甲基丙烯酸羟乙酯、k-卡拉胶组成的双网络水凝胶中,得到一种新的改性的Fe3O4粒子复合水凝胶。通过红外、XRD、TGA、XPS、EDS等对PHME改性的Fe3O4粒子进行了表征,证明了PHME成功地改性了Fe3O4粒子。并研究了改性的Fe3O4粒子对复合水凝胶的性能的影响。实验结果表明改性的Fe3O4粒子复合水凝胶最大的溶胀比可以达到10。当改性的Fe3O4粒子嵌入后,复合水凝胶溶胀比有所下降,说明改性的Fe3O4粒子增大了水凝胶网络的交联密度。并且改性的Fe3O4粒子增强了复合水凝胶的机械性能且赋予复合水凝胶磁性能,制备的Fe3O4粒子复合水凝胶的拉伸强度达到0.21MPa,饱和磁化强度可达到1.5 emu g-1。实验证明了这种磁性粒子改性的方法以及通过共价键将改性的Fe3O4粒子嵌入水凝胶网络的方法是可行的,且这种改性的Fe3O4粒子复合水凝胶有着广阔的市场潜力与发展前景。
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