微球交联复合水凝胶的制备与性能研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xpzcz1993
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水凝胶是一种具有独特结构和组成的材料,因此具有一些独特的性能,比如透明性、吸水性、导电性、可变形性、韧性、恢复性、自修复性、刺激响应性、生物相容性等,在工农业、医药卫生及智能新材料领域等都有广泛的应用。对水凝胶的研究主要集中在其力学性能、刺激响应性和功能化的方向上,其中力学性能方面,对水凝胶材料韧性恢复性的研究较少,恢复性能仍需提高;在刺激响应性方面,对离子强度响应性的水凝胶材料的研究较少,响应性能相对单一;此外水凝胶在盐介质下各项力学性能都会变差的问题需要解决。论文设计了微球交联复合体系来实现水凝胶材料力学性能恢复性、离子强度响应性和力学性能“耐盐性”的提升。选取一种疏水单体和一种亲水单体通过无皂乳液聚合合成纳米微球,利用此微球与过硫酸铵之间发生的氧化还原反应产生的自由基引发和交联单体聚合,得到微球交联复合水凝胶。论文具体内容如下:  1.选用甲基丙烯酸丁酯(BMA)和烯丙基胺合成了BMA微球,然后用此微球合成了BMA微球交联复合水凝胶(聚(丙烯酰胺-丙烯酸)水凝胶),并通过浸泡的方式引入Fe3+与羧基之间的离子交联,利用微球化学交联的特性实现水凝胶材料的力学性能恢复性,并借助可逆的离子交联作用提高了材料的恢复程度,得到了具有优异恢复性能的水凝胶材料:在循环拉伸形变300%下,其韧性在15min内能够恢复至92%;在循环拉伸形变800%下,其韧性在1h内能够恢复至84%。  2.选用含氟单体甲基丙烯酸六氟丁酯(HFBMA)和烯丙基胺合成了盐稳定性更好的HFBMA微球,然后在不同NaCl浓度下,用此微球合成了HFBMA微球交联复合水凝胶(聚丙烯酰胺水凝胶)。利用HFBMA微球的盐调控的聚集程度,合成的HFBMA hydrogels-0.50(在0.50mol/L的NaCl的条件下合成)具有优异的韧性:断裂伸长率约为3970%,断裂强度约为282kPa,HFBMA微球交联体系具有在NaCl介质里韧性的“盐增强”现象。  3.利用玻璃-特氟龙模板法(G-T模板法)合成了HFBMA微球交联梯度水凝胶,因为纳米级的大分子交联剂在体系中呈梯度分布,此种梯度水凝胶具有大的弯曲曲率;此外由于微球表面带有电荷的性质,此种梯度水凝胶具有离子强度响应性。  4.采用DSC的方法,研究了HFBMA微球交联复合水凝胶里非冻结水的含量与材料韧性的关系,结果表明水凝胶结合水的能力与其韧性呈正相关关系,这是因为非冻结水对水凝胶网络结构的增塑作用提高了水凝胶的韧性。  通过构建微球交联复合水凝胶体系,实现了水凝胶材料恢复性的提高、耐盐性的改善和离子强度的刺激响应性。这对水凝胶综合性能的提高和发展应用提供了新的思路和研究成果。
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