高強(qiáng)度PAA和PAM系互穿網(wǎng)絡(luò)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(luò)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(yīng)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(jìn)行研究，如pH敏感、溫度敏感、離子強(qiáng)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(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)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(jī)械強(qiáng)度較低，使其在某些領(lǐng)域的應(yīng)用受到了限制。為了改善凝膠的機(jī)械強(qiáng)度

2、，互穿網(wǎng)絡(luò)(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(yīng)用具有深遠(yuǎn)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(xì)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(luò)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(qiáng)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(fù)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(jī)械強(qiáng)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(yīng)以及離子強(qiáng)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(jìn)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(jìn)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(qiáng)度明顯高于共聚法制備的水凝膠。 以PAM為基體、PVA為增強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度逐漸提高，其最高拉伸強(qiáng)度與拉伸率分別可達(dá)