Laponite基納米復(fù)合功能梯度水凝膠的制備及其性能研究.pdf

1、梯度功能材料(FGM)的概念在1987年最先由日本學(xué)者提出，是為了滿足宇航材料所面臨的超耐熱和耐低溫的要求。FGM一經(jīng)提出便受到科研界的廣泛關(guān)注，并迅速發(fā)展成為涵蓋工程力學(xué)，仿生學(xué)，組織工程，細(xì)胞工程，診斷學(xué)等多學(xué)科融合的研究熱點(diǎn)。梯度水凝膠作為一種新穎的FGM，不僅具有分子結(jié)構(gòu)，化學(xué)組成以及宏觀性能連續(xù)或準(zhǔn)連續(xù)變化的特點(diǎn)，而且還具有良好的生物相容性，對小分子的高滲透性，光學(xué)特征以及智能響應(yīng)性。然而，梯度水凝膠大都采用化學(xué)交聯(lián)劑交聯(lián)，導(dǎo)

2、致凝膠的力學(xué)性能差。
　　本論文主要目的是以Laponite作為多功能的物理交聯(lián)劑，利用親水性功能單體在Laponite分散液中的原位共聚和直流電場(DC-EF)誘導(dǎo)Laponite以及單體的各向異性分布，制備具有優(yōu)異力學(xué)性能，智能響應(yīng)性和催化性能的納米復(fù)合(NC)梯度水凝膠。主要工作如下：
　?。?）通過DC-EF（電場強(qiáng)度E=400 V/m）誘導(dǎo)物理交聯(lián)劑Laponite向陽極定向遷移；同時(shí)，過硫酸鉀(KPS)引發(fā)非離子

3、單體丙烯酰胺(AM)和甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯(DMAEMA)原位自由基共聚制備梯度交聯(lián)密度和各向異性力學(xué)強(qiáng)度的有機(jī)/無機(jī)NC復(fù)合梯度水凝膠。運(yùn)用羅丹明B(RB)對 Laponite染色實(shí)驗(yàn)，紅外光譜(FT-IR)，熱重分析(TGA)等測試，證實(shí)了水凝膠中Laponite在沿著電場的方向形成梯度分布。Laponite的梯度分布，導(dǎo)致水凝膠具有各向異性的交聯(lián)密度和梯度變化的機(jī)械性能。梯度水凝膠與陽極的距離從3.0 cm減小到0.5

4、cm時(shí)，拉伸強(qiáng)度相應(yīng)地從43.4升高到135.3 kPa，而斷裂伸長率從600％增加到1300%；壓縮強(qiáng)度則從116 kPa增加到1100 kPa。同時(shí)，探究了Laponite的濃度對梯度水凝膠整體機(jī)械性能的影響。Laponite含量越高，梯度水凝膠整體的機(jī)械性能越好。
　?。?）利用管狀的石墨電極產(chǎn)生徑向分布的電場(E=400 V/m)誘導(dǎo)Laponite形成徑向的濃度梯度的同時(shí)，利用功能性單體DMAEMA和N，N-二乙基丙烯酰

5、胺(DEA)原位自由基共聚制備仿竹結(jié)構(gòu)的梯度溫敏性 NC水凝膠。在電場的誘導(dǎo)下，Laponite向陽極定向遷移，DMAEMA吸附在Laponite表面，并隨之向陽極定向遷移，形成梯度分布。Laponite和聚合物的兩種結(jié)構(gòu)單元的含量在水凝膠中沿著電場的方向連續(xù)變化。分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成的遞變性，導(dǎo)致水凝膠具有仿竹梯度結(jié)構(gòu)。梯度水凝膠的壓縮強(qiáng)度可達(dá)700 kPa，而且還表現(xiàn)出各向異性的機(jī)械強(qiáng)度：壓縮方向與電場方向相同時(shí)，壓縮強(qiáng)度為758 k

6、Pa，壓縮方向與電場方向相反時(shí)，壓縮強(qiáng)度為693 kPa。凝膠表現(xiàn)梯度溫敏性。
　　（3）以AM和N-異丙基丙烯酰胺(NIPAm)為單體，N,N’-亞甲基雙丙烯酰胺(BIS)作交聯(lián)劑，過硫酸鉀(KPS)為引發(fā)劑合成了水凝膠，然后通過共沉淀法制備了磷酸銅(CuP)@聚(AM-co-NIPAm)有機(jī)/無機(jī)復(fù)合水凝膠。利用CuP中銅的可變化合價(jià)(Cu2+—Cu+)活化分子氧，催化氧化N,N-二乙基對苯二胺硫酸鹽(DPD)和鄰苯二胺(OP