第一網(wǎng)絡(luò)改性互穿雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠的制備與結(jié)構(gòu)表征.pdf

1、在雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠的第一網(wǎng)絡(luò)中加入親水性聚合物聚乙二醇(PEG)、聚環(huán)氧乙烷(PEO)或者對第一網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行共聚改性，制備一系列超高機(jī)械性能的互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠。本文首先將PEG和PEO分別引入聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（PAMPS）/聚丙烯酰胺(PAM)互穿網(wǎng)絡(luò)(IPN)水凝膠的第一網(wǎng)絡(luò)中，制備了具有超高延展性的PAMPS-PEG/PAM IPN水凝膠和高強(qiáng)度的PAMPS-PEO/PAM IPN水凝膠，并研究了親水性聚合物對水凝膠機(jī)械性能的影

2、響;通過掃描電子顯微鏡(SEM)和小角X光散射(SAXS)實驗研究了親水性聚合物對IPN水凝膠內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的影響，提出了水凝膠的增韌機(jī)理。將丙烯酰胺(AM)與2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)共聚作為IPN水凝膠的第一網(wǎng)絡(luò)，合成了超高壓縮強(qiáng)度和壓縮應(yīng)變的IPN水凝膠，研究了不同共聚單體對水凝膠溶脹性能和機(jī)械性能的影響;通過SEM、激光共聚焦顯微鏡(CLSM)和SAXS實驗研究了共聚單體種類和用量對IPN水凝膠內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的影響、受

3、力形變前后IPN水凝膠結(jié)構(gòu)的變化，提出了超高強(qiáng)度水凝膠的增強(qiáng)增韌機(jī)理。
　　PEG和PEO改性第一網(wǎng)絡(luò)PAMPS/PAM IPN水凝膠的機(jī)械性能研究發(fā)現(xiàn):PAMPS-PEG/PAM IPN水凝膠的最大拉伸應(yīng)變達(dá)到2100％，是PAMPS/PAM IPN水凝膠的4倍，對應(yīng)的斷裂能增加了50％。PEG添加順序?qū)PN水凝膠機(jī)械性能有影響，只有在第一網(wǎng)絡(luò)中引入PEG才能起到增韌作用。引入少量的PEO（分子量為5萬）能顯著增強(qiáng)PAMPS/

4、PAM IPN水凝膠的機(jī)械性能，受力壓縮到初始厚度2％仍未破裂，最大壓縮強(qiáng)度提高74％，最大拉伸強(qiáng)度提高21％;PEO用量達(dá)到6％以上時，IPN水凝膠的機(jī)械性能急劇下降，IPN水凝膠由韌性轉(zhuǎn)為脆性。
　　用SEM和SAXS研究PEG和PEO改性第一網(wǎng)絡(luò)IPN水凝膠的微觀結(jié)構(gòu)。SEM實驗結(jié)果表明:加入PEO的單網(wǎng)絡(luò)水凝膠網(wǎng)孔上由于氫鍵作用引起不同程度的褶皺，這種褶皺起支撐作用。利用冪次定律、通用Ornstein-Zernike(GO

5、Z)方程、Guinier方程、Debye-Bueche方程和Ornstein-Zernike(OZ)方程擬合SAXS曲線分析IPN水凝膠中交聯(lián)團(tuán)聚體的結(jié)構(gòu)變化與聚合物鏈段之間的相互作用，發(fā)現(xiàn)PEG大分子松弛結(jié)合在第一與第二網(wǎng)絡(luò)之間的物理交聯(lián)團(tuán)聚體表面，物理交聯(lián)團(tuán)聚體體積增大，轉(zhuǎn)變成松散的質(zhì)量分形狀態(tài);同時，PEG的加入使兩個網(wǎng)絡(luò)之間相互作用增強(qiáng)，具有更好的協(xié)同性。PEO大分子以類片晶狀態(tài)附著在PAMPS-PEO/PAM IPN水凝膠交聯(lián)

6、團(tuán)聚體周圍，增大PEO分子量和用量都能增加交聯(lián)團(tuán)聚體體積，改變第二網(wǎng)絡(luò)PAM鏈的構(gòu)象，過多PEO用量會增加第二網(wǎng)絡(luò)的物理纏結(jié)。提出了親水性大分子PEG和PEO改性IPN水凝膠的增韌機(jī)理。
　　研究了共聚單體改性第一網(wǎng)絡(luò)PAMPS/PAM IPN水凝膠的機(jī)械性育能，發(fā)現(xiàn)P(AMPS-co-AM)/PAM IPN水凝膠的最大壓縮強(qiáng)度達(dá)到91.8 MPa，遠(yuǎn)高于文獻(xiàn)中報道的IPN水凝膠。而且水凝膠在壓縮到初始厚度的2％時也未發(fā)生破裂，具

7、有很強(qiáng)的韌性。含帶電離基團(tuán)側(cè)鏈共聚單體的IPN水凝膠的機(jī)械性能減弱，而含疏水側(cè)鏈共聚單體的IPN水凝膠的機(jī)械性能增強(qiáng)。
　　用CLSM、SEM和SAXS研究了共聚改性第一網(wǎng)絡(luò)IPN水凝膠和對應(yīng)單網(wǎng)絡(luò)水凝膠的微觀結(jié)構(gòu)，P(AMPS-co-AM)單網(wǎng)絡(luò)水凝膠對比PAMPS單網(wǎng)絡(luò)水凝膠，網(wǎng)孔分布更均勻，網(wǎng)孔壁更厚。利用冪次定律、Guinier方程、Debye-Bueche方程和OZ方程擬合分析發(fā)現(xiàn):隨著第一網(wǎng)絡(luò)AM共聚單體增加，物理交聯(lián)

8、團(tuán)聚體尺寸先增加再減少，水凝膠第一網(wǎng)絡(luò)柔性增加，分布變得更均一，第二網(wǎng)絡(luò)部分PAM可活動鏈段與第一網(wǎng)絡(luò)相互作用增強(qiáng)。提出了共聚IPN水凝膠的機(jī)械性能增強(qiáng)機(jī)理。發(fā)現(xiàn)了IPN水凝膠壓縮后第二網(wǎng)絡(luò)PAM可活動鏈段聚集體形態(tài)被打破，以無規(guī)高斯鏈段形態(tài)分布于水凝膠中，與第一網(wǎng)絡(luò)團(tuán)聚體碎片相互作用增強(qiáng)，產(chǎn)生物理交聯(lián)。帶電離基團(tuán)側(cè)鏈的共聚單體增加了第一網(wǎng)絡(luò)的不均一性，導(dǎo)致物理交聯(lián)團(tuán)聚體變致密，與第二網(wǎng)絡(luò)相互作用變?nèi)?水凝膠受力形變時，第一與第二網(wǎng)絡(luò)的