论文部分内容阅读
水凝胶是一种三维网状结构的高分子聚合物,具有高吸水能力,已广泛应用于工业、农业、生活卫生、医疗、医药等领域。近年来高强度、生物相容性的水凝胶弥补传统水凝胶机械强度不足和应用性欠缺的缺点,引起了研究者的兴趣。广大科研技术人员从增强水凝胶的机理上开发出多种高强度水凝胶,如双网络(DN)水凝胶、双交联水凝胶、纳米复合(NC)水凝胶和混合水凝胶等,其大大增强了水凝胶的强度和生物相容性,拓展了水凝胶应用的领域。本文采用化学共价键和物理交联共存制备多交联高强度的水凝胶,在化学交联网络的基础上又增加了物理交联网络和互穿网络等,通过多网络之间的协调作用,改善了水凝胶的力学方面的性能,也增加了水凝胶耗散能量的能力,增加了水凝胶的韧性。使其在关节软骨等生物组织方面有一定的应用价值。本文主要研究的内容如下:1、采用两步法制备了多交联的聚丙烯酰胺/聚丙烯酸/聚乙烯醇(PAM/PAA/PVA)水凝胶。首先通过原位自由基聚合,丙烯酰胺(AM)单体、丙烯酸(AA)单体和交联剂聚合成化学交联的网络,其中的Ca2+会和PAA上的羧基进行离子配位形成物理交联网络,同时共存的PVA链又会和化学交联网络、离子配位的物理交联网络形成互穿。然后对该水凝胶进行冷冻-解冻(Freeze-Thaw)处理,使水凝胶内形成半结晶微区,使其形成物理交联增强了水凝胶的韧性(Toughness)、拉伸强度和压缩性能。由此方法制备的水凝胶的压缩强度达到11 MPa,其拉伸强度达到0.8 MPa。在经受外力时,PAA和Ca2+的动态离子配位键和PVA的半结晶微区可以作为有效的牺牲键来耗散能量。这种方法引入多种交联方式,形成多种交联互穿网络,可以有效的改善水凝胶的力学性能。并且制备水凝胶的原料廉价易得,且又具有良好的生物相容性、无毒性,使得这种水凝胶具有良好的应用前景。2、采用一锅-三步法制备了 PAM/PVA/(海藻酸钠)AS水凝胶。首先将AM和PVA、AS溶液混合搅拌均匀,使AM单体进行自由基聚合形成化学交联网络。然后进行冷冻-解冻处理使其形成半结晶微区进而使其形成物理交联网络。最后将所制备的水凝胶放入乙醇/水的CaC12溶液中,一方面不同AS链中的古洛糖醛酸(G单元)会与Ca2+进行双键的离子配位交联形成动态可逆的物理交联网络,另一方面脱水会增加水凝胶的各个分子链之间的缠结和形成相分离,增加水凝胶的力学性能。AS交联的物理网络具有动态可逆性和巨大的能量储存能力,增加水凝胶的韧性。在受到外力时,物理网络的离子键断裂可以很好地耗散能量,保护化学网络以保持水凝胶的形状。并且这种水凝胶具有自恢复的能力,离子键的快速恢复又重新形成物理交联网络储存能量。PVA的引入,在改善拉伸强度的同时,又可以大大改善其压缩性能,这种方法制备的水凝胶压缩强度达到9 MPa,拉伸强度达到0.573 MPa,拉伸率也超过了 1300%。如此法制备的水凝胶具有优异的机械强度。