高強度PAA和PAM系互穿網(wǎng)絡水凝膠的合成與性能研究.pdf

1、高分子凝膠是由具有三維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的親水性或親油性高分子聚合物吸收溶劑而溶脹形成的。智能水凝膠是一種能感知周圍環(huán)境變化、而且針對環(huán)境的變化能采取相應對策的高分子材料。近年來，研究人員更注重對凝膠的敏感性進行研究，如pH敏感、溫度敏感、離子強度敏感、電敏感及光敏感等。 利用水凝膠的敏感性和吸附性，已將其成功地應用于生物醫(yī)學與工程技術(shù)領(lǐng)域，但由于水凝膠在飽和溶脹狀態(tài)下的機械強度較低，使其在某些領(lǐng)域的應用受到了限制。為了改善凝膠的機械強度

2、，互穿網(wǎng)絡(Interpenetrating Network，IPN)技術(shù)得以提出并得到發(fā)展。由于在IPN水凝膠中，各聚合物具有相對的獨立性，可以保持各自的一些性能，因此IPN水凝膠的制備及性能研究對于水凝膠的推廣應用具有深遠的意義。 本文提出一種制備IPN水凝膠的新方法——新型兩步水溶液聚合法，并采用對比實驗詳細研究了兩步水溶液聚合法制備的IPN，具有不同于共聚或共混法合成的聚合物的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)及物理性能。通過紅外光譜(FTIR)

3、表征、掃描電子顯微鏡(SEM)觀察、熱重(TGA)分析、溶脹性能及拉伸強度測試等手段分析表征了兩步水溶液聚合法制備的IPN或semi-IPN所具有的獨特結(jié)構(gòu)和性能。結(jié)果表明：IPN水凝膠中同時存在共聚和共混兩種結(jié)構(gòu)，為共聚和共混復合的一種存在形式，且IPN或semi-IPN水凝膠具有與其共聚物相同甚至更高的熱穩(wěn)定性。相對于傳統(tǒng)方法合成的水凝膠，采用新型兩步水溶液聚合法制備的IPN水凝膠具有機械強度高、性能穩(wěn)定等優(yōu)點，并且保留了IPN各組

4、分的性能，具有較高的研究價值。 對于兩步水溶液聚合法制備的PAA/Starch semi-IPN水凝膠，研究了不同淀粉含量對水凝膠溶脹度和溶脹速率的影響，結(jié)果表明水凝膠的溶脹以高分子鏈在水溶液中的松弛為主。探討了pH敏感、開關(guān)效應以及離子強度敏感，并以Flory理論對離子型PAA/Starch semi-IPN水凝膠在不同價態(tài)鹽溶液中的溶脹進行了研究。凝膠在一價陽離子鹽溶液中的溶脹可以采用Flory理論進行定量計算，而在高價鹽溶

5、液中只能用于定性分析。采用該法合成的PAA/Starch semi-IPN水凝膠的壓縮強度明顯高于共聚法制備的水凝膠。 以PAM為基體、PVA為增強體，采用兩步水溶液聚合法合成了PAM/PVA IPN水凝膠。系統(tǒng)研究了PVA含量、交聯(lián)劑用量、拉伸時間等因素對PAM/PVA IPN水凝膠拉伸強度及伸長率的影響。拉伸實驗表明：隨著PVA和交聯(lián)劑用量的增大，PAM/PVA IPN水凝膠的拉伸強度逐漸提高，其最高拉伸強度與拉伸率分別可達