粘土-PNIPA納米復(fù)合水凝膠的制備、結(jié)構(gòu)及性能表征.pdf

1、智能水凝膠由于具有刺激響應(yīng)性和生物相容性等優(yōu)點(diǎn)，在組織培養(yǎng)、藥物釋放、傳感器、人造肌肉、分子篩、記憶元件開關(guān)、活性酶的固定等方面具有很好的應(yīng)用前景，因此近年來(lái)受到研究工作者的很大關(guān)注。但由于傳統(tǒng)水凝膠力學(xué)強(qiáng)度差這一最大的缺點(diǎn)，其應(yīng)用受到了很大的限制。因此，如何制備既具有高力學(xué)強(qiáng)度又具優(yōu)異響應(yīng)性能的水凝膠成為這一研究領(lǐng)域中極具挑戰(zhàn)性的工作。
　　 其中，聚異丙基丙烯酰胺(PNIPA)因其響應(yīng)溫度接近于人體溫度，作為熱敏性高聚物得到

2、廣泛關(guān)注。但傳統(tǒng)有機(jī)交聯(lián)水凝膠(OR gel)力學(xué)性能差，溶脹和消溶脹程度與速率低大大限制了其應(yīng)用。近來(lái)原口博士以無(wú)機(jī)粘土作交聯(lián)劑，異丙基丙烯酰胺為單體首創(chuàng)研發(fā)了既具很高力學(xué)強(qiáng)度又具快速響應(yīng)的新型納米復(fù)合水凝膠(NC gel)。本文在納米復(fù)合水凝膠的基礎(chǔ)上引入有機(jī)交聯(lián)劑制備了壓縮強(qiáng)度有顯著提高的共交聯(lián)水凝膠；通過(guò)半互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)制備了同時(shí)具有溫度和pH響應(yīng)的雙響應(yīng)水凝膠；還制備了表面微圖案水凝膠薄膜。研究中對(duì)上述改性的水凝膠進(jìn)行了系統(tǒng)的結(jié)

3、構(gòu)性能表征，取得了以下主要成果：
　　 (1)通過(guò)在無(wú)機(jī)交聯(lián)劑粘土和異丙基丙烯酰胺為單體的反應(yīng)溶液中引入少量有機(jī)交聯(lián)劑N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺(BIS)，采用自由基聚合制備了共交聯(lián)水凝膠(NC-OR gel)。所得共交聯(lián)水凝膠表現(xiàn)出特殊的具有粘土和BIS含量依存性的透明性變化。雖然NC-OR gel表現(xiàn)出類似OR gel的低斷裂拉伸，但其力學(xué)壓縮性能特別是高粘土低BIS含量水凝膠的壓縮性能有極大的提高，且NC-OR gel的拉

4、伸和壓縮模量較之于NC gel和OR gel均有很大提高。由于水凝膠中交聯(lián)密度的增加，NC-OR gel的平衡溶脹率降低。同時(shí)，NC-OR gel的消溶脹行為受OR gel的消溶脹和快速響應(yīng)的NC gel協(xié)同作用?；贜C-OR gel的上述性能研究，并通過(guò)透射電鏡和廣角X射線對(duì)NC-OR gel的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，以及聚合過(guò)程中反應(yīng)溶液透明性的變化等提出了BIS優(yōu)先分布于粘土附近的微結(jié)構(gòu)模型。
　　 (2)通過(guò)在無(wú)機(jī)交聯(lián)劑粘土和異

5、丙基丙烯酰胺為單體的反應(yīng)溶液中引入一定量具有pH響應(yīng)的第二組分線性聚合物聚丙烯酸(PAA)，采用自由基聚合制備了半互穿網(wǎng)絡(luò)納米復(fù)合水凝膠(SIP-NC gel)。該SIP-NC gel不僅保持了NC gel較好的力學(xué)性能，并且同時(shí)具有PNIPA的溫度響應(yīng)和PAA的pH響應(yīng)性能，且上述性能可通過(guò)體系中粘土和PAA的含量來(lái)調(diào)控?；趯?duì)SIP-NC gel的力學(xué)性能和不同溫度和pH值下的溶脹和消溶脹行為的研究，提出了半互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型。

6、>　　 (3)基于高強(qiáng)力學(xué)性能、高透明度、溫度響應(yīng)的PNIPA納米復(fù)合水凝膠，采用直接模板復(fù)制法制備了具有微表面圖案的納米復(fù)合水凝膠薄膜。該方法具有薄膜厚度易控，無(wú)需模板表面處理，薄膜可抗形變且可直接從模板剝離的優(yōu)點(diǎn)。利用直接模板復(fù)制法，制備并觀察了精度為1微米的表面圖案。且表面圖案尺寸大小可通過(guò)溶脹、消溶脹及干燥控制，并保持圖案不被破壞。研究還發(fā)現(xiàn)表面圖案的排列及尺寸能引起NC gel表面接觸角大小的變化。
　　 (4)低粘