基于雙組分體系自修復(fù)智能水凝膠的制備和表征.pdf

1、智能的響應(yīng)性水凝膠材料會根據(jù)外界的刺激來改變自身的性質(zhì)如體積、形狀、強(qiáng)度等等從而適應(yīng)外界變化。而單組份的多功能凝膠材料制備復(fù)雜，應(yīng)用受限，因此，利用雙組份來制備智能凝膠材料是多數(shù)研究者的首選，這種利用雙組份來制備水凝膠的方式可以被廣泛應(yīng)用制備在藥物輸送、人造肌肉、運動器、生物感應(yīng)器、生物油墨等凝膠材料及器件。但是，就目前的研究現(xiàn)狀來說，多數(shù)研究者都是僅將兩種組份通過簡單共混的方式制備材料，開發(fā)更多元化的制備手段、設(shè)計多功能凝膠材料將會是

2、未來的發(fā)展方向之一。并且，材料的自修復(fù)性能可以在材料被破壞時，對缺陷部位針對性的修復(fù)，材料的使用壽命也得以延長，因此，對材料自修復(fù)性能的研究及應(yīng)用也具有非常重要的意義。在這里，我們充分考慮了兩組份間的特性、應(yīng)用領(lǐng)域以及材料破損問題，利用兩種截然不同的方法制備了雙組份自修復(fù)凝膠材料，第一種方式中兩組份間溶劑相同，高分子鏈不同。為了使凝膠可注射及可調(diào)控，從而應(yīng)用于藥物釋放及3D打印等方面，我們使用雙桶注射器原位共混制備了雙重動態(tài)共價鍵交聯(lián)的

3、pH響應(yīng)自修復(fù)互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠;第二種方式中我們利用組分間溶劑的差異造成密度變化，制備出了一種各向異性的高粘附熱響應(yīng)自修復(fù)凝膠材料，其特殊的表面粘附性以及可變形的特性使其可以作為表面敷料及運動器。以下，為本文的具體研究內(nèi)容:
　　(1)緒論中我們簡要介紹了智能凝膠種類以及材料的自修復(fù)機(jī)理。
　　(2)第二章中將四種互相識別即可以發(fā)生特異性反應(yīng)的基團(tuán)（酰肼和苯甲醛間的反應(yīng)、苯硼酸和多巴胺間的反應(yīng)）用鏈轉(zhuǎn)移自由基(RAFT)聚合的

4、方式與N，N-二甲基丙烯酰胺(DMA)共聚合成了四種可以兩兩互相識別的高分子鏈。將這四種高分子互相間不反應(yīng)的分為兩種組份，由于互相識別的官能團(tuán)反應(yīng)速率較快，這兩種組份可以通過雙桶注射器的針頭原位共混交聯(lián)得到了一個完全的互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，因此，該凝膠可以作為可注射材料使用也可以應(yīng)用于3D打印領(lǐng)域。同時，酰肼和苯甲醛之間反應(yīng)形成的酰腙鍵、苯硼酸和多巴胺之間形成的苯硼酸酯鍵都有pH響應(yīng)性和動態(tài)交換性，因此這種互穿網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)還具有可調(diào)控性自修復(fù)性，

5、通過調(diào)整pH，材料的結(jié)構(gòu)也變成半互穿網(wǎng)絡(luò)，從而，凝膠的力學(xué)性能也會發(fā)生變化。
　　(3)第三章的工作主要為我們通過將水加入到甘油中發(fā)現(xiàn)在靜置情況下（不施加外力共混），兩溶液在較長時間內(nèi)不會發(fā)生明顯混合情況，從而制備了一種層問性質(zhì)各異的凝膠。我們利用水和甘油分別配制兩種組份，與第二章工作不同，該體系中兩相凝膠的聚合物為同一種—聚N-羥乙基丙烯酰胺(PHEAA)，凝膠的兩相間唯一的差別就是溶劑不同。由于水與甘油之間的氫鍵，令材料的凝固

6、點可以明顯降低，從而獲得優(yōu)良的抗凍性能;在常溫中敞口放置長時間，相較于普通的水凝膠體系，這種各向異性的失水率也有明顯降低，耐候性也更好。同時，HEAA分子間存在二重氫鍵、HEAA和甘油之間也可以形成氫鍵，因此，材料在不加任何交聯(lián)劑的情況下仍舊具有較好的強(qiáng)度。我們發(fā)現(xiàn)材料的力學(xué)性能會隨著溫度的升高而有數(shù)量級的降低，這也證明氫鍵在高溫下可以被破壞，材料的熱響應(yīng)性和熱致的自修復(fù)性能也由此體現(xiàn)。由于通過雙組份制備的凝膠之間形成的氫鍵不同，因此凝