聚丙烯酰胺類功能性水凝膠的制備與性能研究.pdf

1、功能性水凝膠是一種能顯著地溶脹于水但不能溶解的三維網(wǎng)絡(luò)或互穿網(wǎng)絡(luò)，它能對外界刺激(如：溫度、pH、溶劑、光、電場等)發(fā)生特性的響應(yīng)(如：體積、形狀、光學(xué)、電場等響應(yīng)變化)或者具有某些特定功能。
　　 目前對功能性水凝膠的研究主要存在著以下幾方面的問題：首先，水凝膠的平衡溶脹度不高；其次，水凝膠往往沒有足夠的機械強度以滿足實際應(yīng)用；再次，水凝膠的響應(yīng)速度較慢，并且合成方法大多數(shù)采用的是化學(xué)引發(fā)劑引發(fā)，導(dǎo)致產(chǎn)物由于引入了引發(fā)劑等雜質(zhì)

2、而不利于在生物醫(yī)藥上的應(yīng)用；最后，水凝膠的功能性比較單一，多數(shù)功能水凝膠只具有單個刺激響應(yīng)性能，不能滿足要求多種響應(yīng)刺激系統(tǒng)的需要。因此研究高強度、響應(yīng)速度快、生物相容性好且具有多功能響應(yīng)的水凝膠是當(dāng)前一個重要的課題。
　　 本文在第一部分以N-異丙基丙烯酰胺(NIPA)和丙烯酰胺(AM)分別作為聚合單體，通過引入功能性納米粒子碳納米管(MWNT)來制備具有高力學(xué)強度的導(dǎo)電水凝膠，并全面分析了水凝膠的溫度敏感性、溶脹動力學(xué)、機械

3、性能以及導(dǎo)電性能；第二部分主要研究了采用無機粘土作為物理交聯(lián)劑制備的丙烯酰胺(AM)、甲基丙烯酸-2-羥乙酯(HEMA)共聚水凝膠的pH敏感性、溶脹動力學(xué)以及機械性能，期望其在化學(xué)器械、組織工程以及藥物釋放系統(tǒng)中具有潛在的應(yīng)用價值。得到如下的主要研究結(jié)果：
　　 1.溫敏性PNIPA/MWNT/Clay復(fù)合水凝膠
　　 以無機粘土“Laponite XLS”為物理交聯(lián)劑，多壁碳納米管作為添加粒子，通過原位聚合制備了物理交

4、聯(lián)的PNIPA/MWNT/Clay水凝膠，研究MWNT的加入對該水凝膠的性能影響。結(jié)果表明，該凝膠具有多孔結(jié)構(gòu)，并且孔洞的尺寸隨著碳納米管含量的增加有所增大。碳納米管含量的增加，使PNIPA水凝膠的體積相轉(zhuǎn)變溫度(VPTT)有所升高，當(dāng)其含量增加到單體的1.12％時，PNIPA的體積相轉(zhuǎn)變溫度增加到37℃(與人體溫度相近)，并且溶脹性能也有了一定的提高。
　　 凝膠的力學(xué)性能也隨著碳納米管的加入有了一定的提高。在含水率為500%

5、時，MWNT含量最高的凝膠的斷裂伸長高達(dá)900%，并且抗拉強度也達(dá)到0.35MPa，比沒有加入碳納米管的凝膠的斷裂伸長提高了0.5倍，抗拉強度提高了1.3倍。
　　 由于碳納米管本身具有良好的導(dǎo)電性能，因此它的引入使得水凝膠的導(dǎo)電性能有一定的增加，在含水率為700%時，凝膠的電導(dǎo)率最高可達(dá)1.09 ms/cm，并且含水率的降低使得其導(dǎo)電率有所增加。
　　 2.PAM/MWNT/Clay復(fù)合水凝膠
　　 以無機粘土

6、“Laponite XLS”和N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺分別作為物理交聯(lián)劑和化學(xué)交聯(lián)劑制備出了具有良好力學(xué)性能的PAM/MWNT/Clay水凝膠。研究發(fā)現(xiàn)，該凝膠具有良好的壓縮性能，撤去負(fù)荷后形變幾乎可以瞬間恢復(fù)，此外通過對該凝膠的力學(xué)性能測試，表明凝膠的抗拉強度和斷裂伸長率隨含水率的減小而增大。在相同含水率的情況下，隨著凝膠中碳納米管含量的增加，其抗拉強度和斷裂伸長率都有所增大。
　　 導(dǎo)電性測試結(jié)果表明，在含水率較低的情況下

7、MWN工具有較高的濃度，有利于MWNT形成內(nèi)部連通的網(wǎng)絡(luò)，有利于導(dǎo)電粒子的傳輸，從而使得電導(dǎo)率有所提高。
　　 3.PAM/HEMA/Clay復(fù)合水凝膠
　　 以無機粘土“Laponite XLS”為物理交聯(lián)劑制備了具有pH敏感性的PAM/HEMA/Clay水凝膠。SEM觀察到該凝膠具有明顯的多孔結(jié)構(gòu)，并且孔洞分布較為均勻，這也為該凝膠具有良好的吸水性提供了依據(jù)。
　　 由于AM中的酰胺基-CONH2較HEMA中