基于丙烯酸-丙烯酸十八酯兩親性共聚物的環(huán)境響應(yīng)性物理水凝膠.pdf

1、水凝膠是一種具有高含水率且不溶于水的三維網(wǎng)絡(luò)高分子材料。根據(jù)交聯(lián)點(diǎn)作用的不同，水凝膠可分為化學(xué)水凝膠和物理水凝膠。物理水凝膠主要由非共價(jià)鍵進(jìn)行交聯(lián)，其交聯(lián)作用可逆，對(duì)外界環(huán)境敏感，但通常機(jī)械性能較差。為了制備高強(qiáng)度物理水凝膠，通常在水凝膠中引入不同的非共價(jià)鍵相互作用，如疏水作用、氫鍵、金屬配位作用等。長(zhǎng)烷基鏈在水中可形成結(jié)晶微區(qū)，提高凝膠的機(jī)械性能。因此將具有長(zhǎng)烷基鏈的疏水單體引入聚合物中，制備高強(qiáng)度兩親性水凝膠。2-脲基-4[1H]-

2、嘧啶酮(UPy)基團(tuán)自身可形成四重氫鍵，將其引入至兩親性水凝膠中，通過氫鍵和疏水作用的協(xié)同增強(qiáng)效應(yīng)，可進(jìn)一步提高凝膠的機(jī)械性能。由于疏水作用和氫鍵均具有動(dòng)態(tài)可逆性，該類水凝膠具有形狀記憶、自修復(fù)等性能。
　　首先通過自由基溶液聚合制備了聚（丙烯酸十八酯-co-丙烯酸）[P(SA-co-AA)]無規(guī)共聚物，通過注膜、溶劑置換法制備了透明的水凝膠。丙烯酸十八酯(SA)的長(zhǎng)烷基側(cè)鏈在水中結(jié)晶，可作為水凝膠網(wǎng)絡(luò)的物理交聯(lián)點(diǎn)。通過改變聚合物

3、的共聚組成可調(diào)控P(SA-co-AA)水凝膠的機(jī)械性能，制備的水凝膠溫度拉伸強(qiáng)度可達(dá)2MPa。差示掃描量熱儀(DSC)結(jié)果表明，水凝膠中存在結(jié)晶區(qū)。廣角X射線衍射(WAXD)和小角X射線散射(SAXS)結(jié)果表明水凝膠中存在層狀的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。所制備的物理凝膠對(duì)溫度、pH、乙醇等溶劑敏感，通過改變外界環(huán)境條件可調(diào)節(jié)疏水作用的穩(wěn)定性，使凝膠發(fā)生凝膠-溶膠相轉(zhuǎn)變?；谀z的這些可逆轉(zhuǎn)變行為，所制備的水凝膠具有外界環(huán)境條件驅(qū)動(dòng)的自修復(fù)性能，通過局部

4、的自修復(fù)焊接，可以制備復(fù)雜的形狀。此外，所制備的P(SA-co-AA)具有形狀記憶性能。在水凝膠網(wǎng)絡(luò)中引入Fe3+，羧基與Fe3+形成金屬配位作用，水凝膠可被固定為臨時(shí)形狀;加入檸檬酸鈉溶液后，F(xiàn)e3+被還原為Fe2+，水凝膠可恢復(fù)至初始形狀。
　　為了進(jìn)一步提高水凝膠的機(jī)械性能，將自身可形成四重氫鍵的UPy基團(tuán)引入至P(SA-co-AA)聚合物中，制備了多重氫鍵增強(qiáng)的物理交聯(lián)的聚（丙烯酸十八酯-co-丙烯酸-co-UPy）[P(

5、SA-co-AA-co-UPy)]水凝膠。所制備水凝膠的含水率在50％以上，滿足水凝膠的基本性質(zhì)。DSC結(jié)果表明，UPy含量保持不變，SA摩爾含量較低(＜2％)時(shí)，在DSC曲線上不出現(xiàn)熔融峰;SA摩爾含量保持不變時(shí)，UPy的引入增大了SA側(cè)鏈間的疏水作用力，提高了SA側(cè)鏈的結(jié)晶能力。拉伸試驗(yàn)表明，UPy基團(tuán)的引入提高了凝膠的機(jī)械性能。UPy基團(tuán)之間的氫鍵超分子作用形成物理交聯(lián)點(diǎn)，增大了凝膠網(wǎng)絡(luò)的交聯(lián)點(diǎn)密度，凝膠的機(jī)械強(qiáng)度和模量均礙到提高