磁性聚乙烯醇/聚丙烯酸钠水凝胶的制备及其电响应行为

来源 :湖北工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ruifanglong198526
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电响应水凝胶是在电场作用下凝胶内外部的离子发生定向移动从而宏观表现出可逆的相转变的一种智能水凝胶。其中聚丙烯酸(PAA)类水凝胶具有生物相容性好,成本低廉,同时还具有pH响应,很好适用于人体的研究最多的阴离子型水凝胶。但由于PAA水凝胶由于存在大量强极性羧酸基团,力学性能很差,且纯PAA水凝胶电响应速率较慢,实际应用性较差。为此,本文采用溶液共混法引入第二组分聚乙烯醇(PVA)形成双网路结构,旨在提高PAAS水凝胶的力学性能差等问题,进一步通过物理掺杂入纳米Fe3O4磁性粒子,赋予水凝胶磁响应,并首次尝试研究了在交变电磁场作用下磁性纳米粒子对水凝胶电场响应行为的影响。在药物释放方面,能够实现磁场电场的协同控制释放,可能会使药物释放更加有效,具有极其重要的工程意义。本研究通过将丙烯酸(AA)中和反应得到丙烯酸钠(AAS),然后将AAS单体与聚乙烯醇溶液机械共混均匀,再在引发剂及交联剂存在下共聚合合成了不同聚合比例的[VA/PAAS复合水凝胶。傅里叶变换红外(FTIR)光谱及扫描电子显微镜(SEM)证实PVA均匀分散在PAAS中,并形成双网络结构,导致随着PVA含量的增加,复合水凝胶的溶胀速率及最大溶胀度均减小,而纯PAAS水凝胶的拉伸性能显著提高。电响应实验表明,PVA可以提高水凝胶的电响应速率,综合性能最为优异的PVA含量为21 wt%。本研究通过化学共沉淀法制备了掺杂Zn2+的纳米Fe3O4(简称ZFO)粒子,并通过柠檬酸修饰提高其在水中的分散性。通过物理掺杂法将纳米ZFO粒子引入上述PVA含量为21 wt%的复合水凝胶中,制备了纳米ZFO粒子质量含量分别为0.5?3.0 wt%的磁性复合水凝胶。X射线衍射法(XRD),FTIR及透射电子显微镜(TEM)表明初步超顺磁性纳米Fe3O4粒子的成功合成,且为磁流体,磁滞曲线表明Zn2+的掺杂可以提高其磁性。磁性纳米粒子及水凝胶的TEM照片表明纳米粒子均匀分散在水凝胶中。溶胀实验表明纳米ZFO的引入可以显著提高水凝胶的溶胀性能,且水凝胶的溶胀度及速率随pH的增大而增大,随电解质溶液浓度增大而减小。拉伸实验表明纳米ZFO粒子可以显著提高水凝胶的拉伸性能。热重分析(TGA)表明纳米粒子对水凝胶的热分解有催化作用。施加交变电磁场对水凝胶溶胀性能及电响应速率有一定影响。
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