第一網(wǎng)絡改性互穿雙網(wǎng)絡水凝膠的制備與結構表征.pdf

1、在雙網(wǎng)絡水凝膠的第一網(wǎng)絡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)絡進行共聚改性，制備一系列超高機械性能的互穿網(wǎng)絡水凝膠。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(IPN)水凝膠的第一網(wǎng)絡中，制備了具有超高延展性的PAMPS-PEG/PAM IPN水凝膠和高強度的PAMPS-PEO/PAM IPN水凝膠，并研究了親水性聚合物對水凝膠機械性能的影

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水凝膠內部網(wǎng)絡結構的影響，提出了水凝膠的增韌機理。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，合成了超高壓縮強度和壓縮應變的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水凝膠內部網(wǎng)絡結構的影響、受

3、力形變前后IPN水凝膠結構的變化，提出了超高強度水凝膠的增強增韌機理。
　　PEG和PEO改性第一網(wǎng)絡PAMPS/PAM IPN水凝膠的機械性能研究發(fā)現(xiàn):PAMPS-PEG/PAM IPN水凝膠的最大拉伸應變達到2100％，是PAMPS/PAM IPN水凝膠的4倍，對應的斷裂能增加了50％。PEG添加順序對IPN水凝膠機械性能有影響，只有在第一網(wǎng)絡中引入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PAMPS/

4、PAM IPN水凝膠的機械性能，受力壓縮到初始厚度2％仍未破裂，最大壓縮強度提高74％，最大拉伸強度提高21％;PEO用量達到6％以上時，IPN水凝膠的機械性能急劇下降，IPN水凝膠由韌性轉為脆性。
　　用SEM和SAXS研究PEG和PEO改性第一網(wǎng)絡IPN水凝膠的微觀結構。SEM實驗結果表明:加入PEO的單網(wǎng)絡水凝膠網(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)團聚體的結構變化與聚合物鏈段之間的相互作用，發(fā)現(xiàn)PEG大分子松弛結合在第一與第二網(wǎng)絡之間的物理交聯(lián)團聚體表面，物理交聯(lián)團聚體體積增大，轉變成松散的質量分形狀態(tài);同時，PEG的加入使兩個網(wǎng)絡之間相互作用增強，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、團聚體周圍，增大PEO分子量和用量都能增加交聯(lián)團聚體體積，改變第二網(wǎng)絡PAM鏈的構象，過多PEO用量會增加第二網(wǎng)絡的物理纏結。提出了親水性大分子PEG和PEO改性IPN水凝膠的增韌機理。
　　研究了共聚單體改性第一網(wǎng)絡PAMPS/PAM IPN水凝膠的機械性育能，發(fā)現(xiàn)P(AMPS-co-AM)/PAM IPN水凝膠的最大壓縮強度達到91.8 MPa，遠高于文獻中報道的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、有很強的韌性。含帶電離基團側鏈共聚單體的IPN水凝膠的機械性能減弱，而含疏水側鏈共聚單體的IPN水凝膠的機械性能增強。
　　用CLSM、SEM和SAXS研究了共聚改性第一網(wǎng)絡IPN水凝膠和對應單網(wǎng)絡水凝膠的微觀結構，P(AMPS-co-AM)單網(wǎng)絡水凝膠對比PAMPS單網(wǎng)絡水凝膠，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AM共聚單體增加，物理交聯(lián)

8、團聚體尺寸先增加再減少，水凝膠第一網(wǎng)絡柔性增加，分布變得更均一，第二網(wǎng)絡部分PAM可活動鏈段與第一網(wǎng)絡相互作用增強。提出了共聚IPN水凝膠的機械性能增強機理。發(fā)現(xiàn)了IPN水凝膠壓縮后第二網(wǎng)絡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)絡團聚體碎片相互作用增強，產生物理交聯(lián)。帶電離基團側鏈的共聚單體增加了第一網(wǎng)絡的不均一性，導致物理交聯(lián)團聚體變致密，與第二網(wǎng)絡相互作用變弱;水凝膠受力形變時，第一與第二網(wǎng)絡的