基于雙網絡增韌機理的水凝膠制備與性能研究.pdf

1、分類號：TB324單位代碼：單位代碼：10190研究生學號：研究生學號：201309025密級：無碩士學位論文基于雙網絡增韌機理的水凝膠制備與性能研究Preparationperfmanceofhydrogelsbasedondoublewktougheningmechanism研究生姓研究生姓名：名：劉雪姣劉雪姣專業(yè)：業(yè)：材料學材料學指導教師姓名：指導教師姓名：高光輝高光輝指導教師指導教師職稱職稱：教授2016年4月碩士學位論文I摘要

2、作為一種軟而濕的材料，水凝膠很容易讓人們聯想到軟的生物組織，在過去30年里，水凝膠作為軟組織工程支架的候選材料已得到廣泛的研究。傳統(tǒng)水凝膠往往性質較軟弱，易脆，伸縮性很有限。然而，許多應用比如軟機器人和軟骨組織支架，需要水凝膠能夠在周圍環(huán)境中承受巨大的機械載荷。目前，盡管相關工作已經取得了一定的進展，開發(fā)機械強韌化學穩(wěn)定的水凝膠仍面臨巨大挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的雙網絡(DN)水凝膠是由兩個化學交聯的且不對稱網絡構成的，具有超高的機械強度和韌性。然而

3、，傳統(tǒng)的DN水凝膠的制備方法仍具有一定的局限性：首先，第一網絡的候選材料受限于強聚電解質；其次，整個多步的聚合過程是比較繁瑣耗時的，通常包括溶脹過程和擴散過程。并且對于新型DN水凝膠的探索和發(fā)展仍處于早期階段。本論文在傳統(tǒng)雙網絡基礎上，分別做了三部分工作。第一部分，我們選取天然聚電解質海藻酸鈉(SA)作為分子支架，中性合成聚合物聚乙烯醇(PVA)作為第一網絡，中性聚合物聚丙烯酰胺(PAM)作為第二網絡，成功制備了具有超高拉伸性，透明的，

4、強韌PVASAPAMDN水凝膠。中性合成聚合物聚乙烯醇通過縮聚聚合得到三維網絡結構即第一個半互穿聚合物網絡(semiIPN)。分子支架海藻酸鈉的引入促進聚乙烯醇半互穿水凝膠在第二網絡單體混合液中的溶脹及其機械性能的改進。PVASAPAMDN水凝膠在含水量為90wt%時斷裂應變達2400%且最大壓縮強度高達35.2MPa，此數值是PVASAsemiIPN水凝膠(0.9MPa)的39倍。分子支架方法的提出拓寬了雙網絡概念的應用范圍。第二部分

5、工作中，我們利用一種物理凝膠瓊脂(Agar)凝膠作為第一網絡，并通過一鍋法制備得到了機械強度較高的AgarPAMDN水凝膠。整個合成過程是通過一個加熱冷卻的過程實現的，消除了不可控的溶脹和不必要的擴散過程。第三部分工作是在第二部分工作基礎上，我們通過向P(AMcoAA)網絡內部引入線性多糖瓊脂，利用瓊脂凝膠的熱可逆性，成功制備了高拉伸強韌型pH敏感AgarP(AMcoAA)DN水凝膠。其中，我們使用親水性長鏈分子聚乙二醇二丙烯酸酯(PE

6、GDA)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的小分子化學交聯劑MBA用于丙稀酸類單體的自由基聚合，結果使得水凝膠的拉伸性及親水性得到明顯提高。同時，AgarP(AMcoAA)DN水凝膠展示了優(yōu)良的可逆溶脹行為和一定的形狀可恢復性。在拉伸應變?yōu)?00%時，AgarP(AMcoAA)DN水凝膠的拉伸強度達182kPa，耗散能高達1.22MJm3，這明顯優(yōu)于P(AMcoAA)水凝膠(拉伸強度51kPa，耗散能0.27MJm3)。在壓縮應變?yōu)?5%時，壓縮強度及耗散能高達