丙烯酰胺-丙烯酰胺苯硼酸基水凝膠的制備及其性能研究.pdf

1、本論文著力于用簡單的方法制備強度與韌性較好的水凝膠，通過系統(tǒng)測定水凝膠的力學性能、溶脹行為和結構，將水凝膠結構、性能與應用關聯(lián)起來。第一章為文獻綜述，第二至四章為研究內(nèi)容，第五章為結論與展望。
　　(1)用一種簡單的方法，即通過丙烯酰胺和苯硼酸基單體的自由基共聚，制備了一種新型的力學性能良好的水凝膠（丙烯酰胺-丙烯酰胺苯硼酸基水凝膠）。共制備了22個水凝膠樣品，考察了水凝膠組成（3-丙烯酰胺基苯硼酸、丙烯酰胺和N，N-亞甲基雙丙烯

2、酰胺含量）對水凝膠力學性能的影響，測定了組成和環(huán)境因素（pH值和葡萄糖濃度）對溶脹行為的影響，并探討了水凝膠的結構。不含共價交聯(lián)劑時，水凝膠具有可高度拉伸性(斷裂伸長率大于2000％)、良好的回彈性（回彈性高于75％）與抗疲勞特性（10次循環(huán)拉伸后拉伸功保持在78％以上）。添加適量的共價交聯(lián)劑或改變主單體丙烯酰胺的含量，可調(diào)節(jié)與優(yōu)化水凝膠的力學性能。同時，水凝膠可在水中高度溶脹，溶脹行為獨特，對pH和葡萄糖濃度有響應性。研究還表明其它苯

3、硼酸類單體和丙烯酰胺也可以用相同的方法制備力學性能良好的水凝膠，即方法具有普適性。初步的結構表征與計算表明該系列水凝膠依靠各基團之間的氫鍵相互作用交聯(lián)。
　　(2)使用纖維素納米纖維改性丙烯酰胺-丙烯酰胺苯硼酸基水凝膠，利用纖維素納米纖維的高強度與高模量，借鑒纖維增強復合材料的增強原理，制備了14個樣品，考察了纖維素納米纖維種類、含量以及交聯(lián)劑含量對水凝膠力學性能的影響。結果表明，所得水凝膠在保持制備方法簡單、可高度拉伸性和獨特溶

4、脹行為的同時，水凝膠的模量、強度、韌性以及壓縮性能得到了大幅提高。添加0.5wt％含量的纖維素納米纖維后，水凝膠的模量、強度和拉伸功依次增加428％、112％和108％，斷裂能達到了2211J/m2，同時力學性能隨時間具有自恢復性。推測剛性的纖維素納米纖維與聚合物之間存在氫鍵等相互作用，起到應力轉移的作用，使水凝膠的剛性增強，具備抵抗裂縫生長的性能。
　　(3)在制備纖維素納米纖維改性丙烯酰胺-丙烯酰胺苯硼酸基水凝膠的過程中，分別

5、加入陰離子聚合物聚丙烯酸鈉、氧化石墨烯和大分子交聯(lián)劑聚乙二醇丙烯酸酯，制備了14個水凝膠樣品。測試了所得水凝膠的力學性能和熱性能。發(fā)現(xiàn)各添加劑的加入均有一定的改善效果。發(fā)現(xiàn)添加相對于納米纖維素9wt％的聚丙烯酸鈉后，斷裂伸長率、斷裂強度和拉伸功依次提高45％、12％和55％;氧化石墨烯與N，N-亞甲基雙丙烯酰胺共同使用可以起到增強作用;加入大分子交聯(lián)劑可以保持水凝膠的高拉伸性。
　　本論文最主要的意義在于運用簡單的方法制備了一類力