2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡介

1、水凝膠是三維網(wǎng)絡狀的吸水性聚合物,廣泛應用于土壤改良、生活衛(wèi)生、生物醫(yī)藥等方面。傳統(tǒng)水凝膠由于機械性能差而大大限制了其應用,近年來通過從分子水平上改進水凝膠內部微結構,從而提高水凝膠機械強度的方法引起越來越多研究者的興趣。本文采用吸水性的反應性微凝膠作為多功能交聯(lián)劑代替?zhèn)鹘y(tǒng)的小分子交聯(lián)劑制備微凝膠復合高強度水凝膠,同時改變聚合方法和原料配比得到層狀和線性高強度水凝膠,以及結合微凝膠復合水凝膠和互穿網(wǎng)絡結構水凝膠的優(yōu)點制備出超高強度的水凝

2、膠。本文主要研究內容有以下幾個方面:
   1、采用含活性羥甲基的反應性微凝膠作為潛在的多功能交聯(lián)劑,通過后交聯(lián)法制備高強度的微凝膠復合(MC)水凝膠。首先通過反相乳液聚合制備含有羥甲基的反應性微凝膠,所用的聚合單體主要為丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)和N-羥甲基丙烯酰胺(NMA),然后用該反應性微凝膠為潛在的交聯(lián)劑代替?zhèn)鹘y(tǒng)的小分子交聯(lián)劑分散于聚合體系AM/AMPS中進行自由基聚合得到微凝膠復合聚合

3、物,聚合完成后通過加熱或先脫水再加熱的方法,使微凝膠復合聚合物內的反應性微凝膠與聚合物鏈發(fā)生后交聯(lián)反應,制備出高強度的MC水凝膠。當直接加熱含水量為75%的微凝膠復合聚合物時,主要發(fā)生的交聯(lián)反應是氫鍵等物理交聯(lián),例如90℃條件下直接加熱微凝膠復合聚合物4 h,在含水量為90%時,得到斷裂拉伸強度為32 kPa和斷裂伸長率為960%的高強度MC水凝膠。當微凝膠復合聚合物先部分脫水再加熱時,發(fā)生的交聯(lián)反應則有共價鍵等化學交聯(lián),例如先將微凝膠

4、復合聚合物脫水至含水量為50%,然后在90℃條件下加熱該微凝膠復合聚合物3 h,得到斷裂拉伸強度為130 kPa和斷裂伸長率為503%的高強度MC水凝膠。這種后交聯(lián)方法有可能成為一種新的制備高強度水凝膠的簡便方法。
   2、直接利用含有C=C雙鍵的高活性的反應性微凝膠(HRM)為多功能交聯(lián)劑制備高強度的HRM水凝膠。首先通過反相乳液聚合制備吸水性微凝膠(HM),然后用NMA在反相乳液中通過化學改性得到HRM,最后用HRM代替?zhèn)?/p>

5、統(tǒng)的小分子交聯(lián)劑直接在聚合過程中發(fā)生交聯(lián)而得到高強度的HRM水凝膠。微凝膠和外部水凝膠所用的單體都是AM和AMPS,HM和HRM分別通過激光粒度散射儀、SEM、TEM和FTIR等進行了表征。該水凝膠由于具有獨特的微凝膠復合結構而具有優(yōu)異的拉伸和壓縮性能,例如當HRM水凝膠中HRM含量為2.4wt.%,AM含量為20wt.%,AMPS含量為0.5wt.%時,在含水量為93.40%時,壓縮應變?yōu)?0%時,壓縮強度達4.60 MPa時仍未破壞

6、,斷裂伸長率為323%,斷裂拉伸強度為255 KPa。這種方法為高強度水凝膠的制備開創(chuàng)了另一種新的思路。
   3、為進一步優(yōu)化HRM水凝膠的改性和聚合條件,討論了改性及聚合過程中的一些影響因素。試驗得到由HM改性為HRM的最佳條件是:HM反相乳液用量為70 g時,NMA用量為8 g,6 mol/L,鹽酸用量為0.8 ml,反應溫度為60℃,反應時間為4 h,得到的HRM的雙鍵含量為1.82%。在HRM含量為2.5wt.%,AM

7、濃度為10wt.%,AMPS濃度為2.5wt.%,引發(fā)劑用量為過硫酸銨1.5 mg和N,N,N’,N’-四甲基乙二胺20μl時,得到的HRM水凝膠在含水量為90%的測試條件下,在壓縮應變?yōu)?5%時,壓縮強度為8.08 MPa,該水凝膠未被破壞,而在類似條件下得到的普通水凝膠的壓縮強度只有0.38 MPa。在實際應用過程中,可以根據(jù)用途通過改變HRM的雙鍵含量、HRM含量或AM濃度等來調節(jié)HRM水凝膠的強度和柔韌性。HRM水凝膠的吸水速率

8、慢于普通水凝膠,但失水速率快于普通水凝膠,這與HRM水凝膠獨特的內部結構有關。本章內容是對上一章內容的重要補充,也是探討HRM水凝膠必不可少的一個步驟。
   4、在高強度HRM水凝膠的基礎上,改變聚合條件,控制聚合過程,利用前線光聚合成功制備出具有毫米級厚度的高強度多層HRM水凝膠。該水凝膠水平方向具有優(yōu)異的機械性能,根據(jù)HRM粒子在水凝膠的含量不同,在飽和吸水率為24.11-29.45時,其斷裂伸長率在1137%到1420%

9、之間,斷裂拉伸強度在24.63-21.68 kPa之間。垂直方向的強度很弱,可以很容易的用手分開。該水凝膠通過DSC、TEM和XRD等進行了表征。利用這種新穎、簡便的方法得到的多層高強度HRM水凝膠類似人體的皮膚,在生物組織等方面具有潛在的應用價值。
   5、通過控制引發(fā)劑用量和聚合速度等,采用含C=C雙鍵的反應性微凝膠作為多功能交聯(lián)劑,利用前線光聚合方法得到全新的單方向線性高強度HRM水凝膠。該水凝膠的飽和吸水率只有12.2

10、3-17.23,只有一個方向具有優(yōu)異的機械性能,該方向上斷裂伸長率為611-872%,斷裂拉伸強度為74.45-47.86 KPa。而另外兩個方向的機械強度則很弱,得到的水凝膠類似人體的呈纖維狀的肌肉組織。
   6、利用得到的HRM水凝膠吸收AM水溶液后進行第二次聚合,結合微凝膠復合水凝膠和互穿網(wǎng)絡結構水凝膠的優(yōu)點,得到超高強度的微凝膠復合與互穿網(wǎng)絡結構(MCI)水凝膠。該水凝膠的吸水量較低,但機械強度很高。在AM用量是在初始

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