基于动态共价化学构筑的自愈合有机凝胶制备及性能研究

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凝胶是典型的功能性软材料,在生物、医药等方面有广泛的应用,但是容易被外力破坏而影响其使用,具有自愈合功能的凝胶可以很好的解决这一问题。动态共价化学是制备自愈合凝胶的方法之一,常见的有亚胺键、酰腙键、硼酸酯键、二硫键等,动态共价键的“动态”、“可逆性”赋予凝胶自愈合功能的同时还使凝胶具有刺激响应性。为了使凝胶具有更优异的自愈合能力和多重响应性,近年来人们尝试在同一体系中引入多种动态化学键。本文以基于动态化学构筑的凝胶为研究对象,对凝胶的自愈合性能和响应性进行分析和讨论。本论文主要由三部分组成:第一部分:自愈合凝胶的研究现状及应用;第二部分:基于多种动态化学键构筑的三重响应有机凝胶。以4-甲酰基苯硼酸、聚乙烯醇和3,3’-二硫代二丙酸二酰肼为原料,进行凝胶的制备,并通过红外光谱和核磁共振氢谱对动态共价键的形成进行表征,得到的凝胶表现出良好的机械性能、自愈合性能和多重响应性。改变单体的浓度和比例可以对凝胶的机械性能进行调控,对凝胶进行拉伸测试发现其具有良好的拉伸性,发生较大形变而不断裂。凝胶具有pH、葡萄糖以及氧化还原三重响应性,这得益于体系中存在硼酸酯键、酰腙键和二硫键三种动态共价键,因为酰腙键和硼酸酯键在一定的pH下会发生断裂,硼酸酯键在竞争分子—葡萄糖的存在下会发生解离,二硫键对氧化还原剂敏感。通过光学显微镜对凝胶的愈合过程进行观测,发现凝胶具有较快的自愈合能力。第三部分:基于动态共价化学构筑的快速自愈合有机凝胶。以4-甲酰基苯硼酸、聚乙烯醇和酒石酸二酰肼为原料,基于硼酸酯键和酰腙键制备凝胶,并用红外光谱和紫外-可见吸收光谱对动态共价键的形成进行表征。通过光学显微镜对凝胶的自愈合过程进行观测,发现愈合界面逐渐消失,证明凝胶具有快速自愈合能力,拉伸测试证明凝胶具有较高的自愈合效率。凝胶与芳香性染料之间具有π-π堆积相互作用、氢键以及静电相互作用等,因此凝胶可对其进行吸附。通过紫外-可见吸收光谱对吸附前后的溶液进行表征,发现凝胶可以对亚甲基蓝进行选择性吸附。
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