環(huán)境響應(yīng)型半互穿聚合網(wǎng)絡(luò)水凝膠的合成與性能研究.pdf

1、高分子凝膠隨著環(huán)境中的物理或化學(xué)條件的變化而引起體積或形狀的改變。本文采用溶液聚合方法,將具有不同官能團(tuán)的單體在海藻酸鈉溶液中進(jìn)行交聯(lián)聚合,制備環(huán)境響應(yīng)性半互穿聚合網(wǎng)絡(luò)水凝膠,更好地滿足了不同環(huán)境下的響應(yīng)要求,更快實(shí)現(xiàn)材料智能化的目標(biāo)。
　　 一、海藻酸鈉/聚丙烯酸半互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠的制備與電刺激響應(yīng)行為研究
　　 通過溶液聚合的方法制得了不同交聯(lián)劑含量的海藻酸鈉(SA)/聚丙烯酸(PAA)半互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠,并研究了其吸水

2、性能、流變性能和電刺激響應(yīng)行為特征。利用傅里葉紅外光譜儀(FTIR)及環(huán)境掃描電子顯微鏡等對(duì)水凝膠聚合物進(jìn)行了微觀結(jié)構(gòu)的表征。結(jié)果表明:體系中單體幾乎完全反應(yīng)。吸水性能的研究結(jié)果表明其最高溶脹率為72.80 g/g,溶脹率隨交聯(lián)劑用量、溶液的離子濃度的增大而減少;流變性能的研究結(jié)果表明由于交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的形成,SA/PAA由液態(tài)向凝膠態(tài)轉(zhuǎn)變并隨著時(shí)間的推移水凝膠表現(xiàn)出高粘彈性;電刺激響應(yīng)行為的研究表明在直流電場(chǎng)中凝膠條向陰極彎曲且彎曲角度隨電

3、場(chǎng)強(qiáng)度的增大而增大,最高至90°;在pH＜6的鹽酸溶液里,凝膠條彎曲角度隨pH值的增大而增大,并表現(xiàn)出凝膠條在直流電場(chǎng)中彎曲角度的時(shí)間可逆性。
　　 二、溫度、pH敏感性海藻酸鈉(SA)/聚N-異丙基丙烯酰胺(PNIPAM)半互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠的制備與其響應(yīng)特性研究
　　 采用溶液聚合法制備的SA/PNIPAM半互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠,并研究其溫度、pH敏感性能。結(jié)果表明:合成的半互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠在室溫下透明均一,光滑富有彈性,且基本

4、無小分子雜質(zhì)殘存,當(dāng)溫度升至LCST以上時(shí),凝膠變得渾濁不透明。通過場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡可知,溶脹平衡的凝膠內(nèi)部含有大孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),且隨著海藻酸鈉含量的升高,孔洞越大。但當(dāng)凝膠干燥至恒重后,在電鏡下凝膠內(nèi)部孔洞收縮至消失。
　　 三、順磁性Fe3O4納米復(fù)合半互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠的制備與性能研究
　　 采用共沉淀法在已經(jīng)制備好的半互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠中制備順磁性Fe3O4納米粒子。這也提供了一種以大孔水凝膠作為模板,制備單分散不團(tuán)聚納

5、米粒子的一種非常有效的辦法。通過場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡、VSM及TGA的對(duì)比,得出磁性納米四氧化三鐵所占比例較為接近。制備得到的磁性納米復(fù)合凝膠同樣具有溫敏性,且通過DSC檢測(cè)四氧化三鐵的生成對(duì)凝膠的LCST幾乎沒有影響。
　　 四、圖像分析法檢測(cè)凝膠形變特性研究
　　 本文提出一種基于圖像分析的測(cè)量方法,可以全過程監(jiān)測(cè)水凝膠的形變特性。在該方法中,首先利用CCD數(shù)碼相機(jī)采集水凝膠溫度實(shí)驗(yàn)過程中的系列圖像,然后對(duì)每幅圖像中的水凝

6、膠和標(biāo)尺分別進(jìn)行精確定位,計(jì)算出水凝膠形變的測(cè)量數(shù)據(jù),最后獲得水凝膠形變的擬合曲線。結(jié)果表明,在全封閉容器中,凝膠的體積隨溫度上升呈下降的趨勢(shì)。
　　 本課題研究的意義在于選用具有特殊基因的化合物在生物相容性大分子溶液里進(jìn)行交聯(lián)聚合,得到隨外界環(huán)境如溫度、pH、離子強(qiáng)度、以及電場(chǎng)、磁場(chǎng)等外場(chǎng)響應(yīng)的智能型水凝膠,并在藥物控制釋放、化學(xué)記憶元件開關(guān)、人造肌肉、傳感器等方面得到應(yīng)用。根據(jù)水凝膠實(shí)驗(yàn)圖像的特征,本課題同時(shí)提出了一種基于圖