基于丙烯酰胺類新型納米復合凝膠的制備與表征.pdf

1、以化學交聯(lián)劑制備的凝膠，其存在力學性能差的缺陷，限制了它在眾多領域的應用。因此制備力學性能優(yōu)良的凝膠引起了廣大研究者的關注，先后開發(fā)了多種高力學性能的凝膠，如雙網(wǎng)絡凝膠、拓撲凝膠、四聚乙二醇凝膠以及納米復合凝膠等。在這些凝膠中，納米復合凝膠具有制備方法簡單、原料便宜和性能優(yōu)異（高力學、良好的透光性和溶脹性）等優(yōu)點，因此納米復合凝膠受到了研究者的廣泛重視。
　　 本文通過引入功能性材料的方法，對納米復合凝膠進行了研究。將甲基丙烯酸

2、羥乙酯(HEMA)引入凝膠中，制備了新型PoLy(AM-co-HEMA)/Clay納米復合凝膠;將多壁碳納米管(MWNT)引入凝膠中，制備了新型PAM/MWNT/Clay和PNIPA/MWNT/Clay納米復合凝膠;首次報道了水分散性無機粘土-聚苯胺復合材料的制備方法，并將其引入凝膠中，制備了新型PNIPA/PANI/Clay納米復合凝膠。對各體系凝膠的結構與性能進行了研究和表征，取得了以下主要研究成果:
　　 1、通過原位自由

3、基聚合法，以無機粘土(Clay)為物理交聯(lián)劑和N,N’-亞甲基雙丙烯酰胺(MBA)為化學交聯(lián)劑，制備了包含物理和化學雙交聯(lián)結構的新型Poly(AM-co-HEMA)/Clay納米復合凝膠。研究XRD表明，無機粘土的規(guī)整結構已被破壞和剝離并隨機地分散在凝膠中，同時發(fā)現(xiàn)高分子鏈間存在新的有序結構;力學實驗表明，凝膠具有一定的的壓縮和拉伸性能，且壓縮和拉伸性能可通過改變AM和HEMA的比例進行調(diào)控。隨AM含量的增加，凝膠的溶脹率增大，拉伸強度

4、也提高。在溶脹率為3.5時，A3HC凝膠的斷裂伸長率為370％，拉伸強度達到了0.48MPa。
　　 2、將MWNT引入凝膠中，以無機粘土(Clay)和MBA為交聯(lián)劑，制備了包含物理和化學雙交聯(lián)結構的新型PAM/MWNT/Clay納米復合凝膠。研究表明，MWNT的引入進一步提高了凝膠的力學性能和導電性。力學實驗表明，相
　　 同溶脹率時，凝膠的拉伸強度和斷裂伸長率均隨MWNT含量的增加而增大;相同MWNT含量時，凝膠的拉

5、伸強度和斷裂伸長率均隨溶脹率的減小而增大。AM2C凝膠的拉伸強度達到了0.74MPa，其斷裂伸長率也達到了620％;據(jù)此提出了MWNT在長程范圍加強凝膠網(wǎng)絡結構的增強模型;內(nèi)部結構研究表明，凝膠具有明顯的多孔結構，孔相互連接，這種結構有利于水或其它分子的進入和遷移;同時，MWNT的引入對凝膠的導電性也有一定的貢獻，在溶脹率為1.8時，AM2C凝膠的電導率可達1.03mS·cm-1。一定的力學性能和導電性，為該材料在生物傳感器、化學傳感器

6、和化學閥等領域的應用奠定了基礎。
　　 3、將MWNT引入凝膠中，通過原位自由基聚合法，制備了新型PNIPA/MWNT/Clay納米復合凝膠。研究表明，MWNT的引入進一步提高了凝膠的力學性能和導電性，對凝膠的低臨界溶解溫度(LCST)也有一定的影響。DSC研究表明，MWNT的引入提高了凝膠的LCST，其LCST隨MWNT含量的增加而升高，NM2C凝膠的LCST達到了37℃，為該材料在一些領域的應用奠定了基礎;力學實驗表明，凝膠

7、均具有一定的力學性能，在溶脹率約為6.0時，NM2C凝膠的斷裂伸長率為760％，拉伸強度達到了0.28MPa;同時，MWNT的引入對凝膠的導電性也有一定的貢獻，在溶脹率為7.0時，NM2C凝膠的電導率可達1.09mS·cm－1;內(nèi)部結構研究表明，凝膠均具有明顯的多孔結構，孔徑隨MWNT含量的增加而增大。
　　 4、首次制備了水分散性粘土-聚苯胺(Clay-PANI)復合材料，將其引入凝膠中，制備了新型PNIPA/PANI/Cla

8、y納米復合凝膠。研究表明，凝膠均具有一定的力學性能和導電性。力學實驗表明，NAlC凝膠的斷裂強度達到了19.38MPa，NA2C凝膠的斷裂強度也達到了17.45MPa;內(nèi)部結構研究表明，凝膠具有明顯的多孔結構，孔結構均勻，且孔徑和孔壁厚度隨PANI含量的增加而增大;PANI的引入促進了導電網(wǎng)絡的形成，提高了凝膠的導電率，凝膠的導電率隨PANI含量的增加而增大，NA2C凝膠的導電率達到了0.91mS.cm-1。一定的力學性能、均勻的孔洞結