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(qiáng)度與韌性較好的水凝膠，通過系統(tǒng)測定水凝膠的力學(xué)性能、溶脹行為和結(jié)構(gòu)，將水凝膠結(jié)構(gòu)、性能與應(yīng)用關(guān)聯(lián)起來。第一章為文獻(xiàn)綜述，第二至四章為研究內(nèi)容，第五章為結(jié)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(xué)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(gè)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(xué)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(jié)構(gòu)。不含共價(jià)交聯(lián)劑時(shí)，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(jià)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(xué)性能。同時(shí)，水凝膠可在水中高度溶脹，溶脹行為獨(dú)特，對pH和葡萄糖濃度有響應(yīng)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(xué)性能良好的水凝膠，即方法具有普適性。初步的結(jié)構(gòu)表征與計(jì)算表明該系列水凝膠依靠各基團(tuán)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(qiáng)度與高模量，借鑒纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的增強(qiáng)原理，制備了14個(gè)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(xué)性能的影響。結(jié)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(dú)特溶

4、脹行為的同時(shí)，水凝膠的模量、強(qiáng)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(qiáng)度和拉伸功依次增加428％、112％和108％，斷裂能達(dá)到了2211J/m2，同時(shí)力學(xué)性能隨時(shí)間具有自恢復(fù)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(yīng)力轉(zhuǎn)移的作用，使水凝膠的剛性增強(qiáng)，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(gè)水凝膠樣品。測試了所得水凝膠的力學(xué)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(qiáng)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(qiáng)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(yùn)用簡單的方法制備了一類力