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《长春工业大学》 2018年
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基于疏水缔合和离子作用的双网络水凝胶

张宝元  
【摘要】:水凝胶是一种包含大量水的三维网状聚合物,作为一种软湿材料,可以被广泛的应用于组织工程,软骨修复,和可穿戴设备等。然而传统的水凝胶却因为力学性质较弱,性脆易损坏,且损坏之后不能恢复而大大限制了其应用。尽管目前相关工作已经得到了一定的研究,但制备出同时具有优良的机械性能且可自恢复的水凝胶仍是最前沿的突破点。传统的双网络水凝胶虽然提高了水凝胶的机械性能,但同时它由两个化学交联的不对称的网络构成,这使得其受到许多的局限性。当水凝胶受到应力时,通过第一网络的牺牲键来消耗能量,第二网络维持网络弹性,从而达到增强水凝胶机械强度的目的,但是这种化学键一旦被破坏,将造成不可逆的形变。这些局限性使得水凝胶需要更深层次的研究。本论文研究制备了一种新型双物理交联的疏水缔合/海藻酸钠交联钙离子的水凝胶(HPAAm/Alginate-Ca~(2+)DN水凝胶),同时具备超高的机械强度、韧性、自恢复性、抗疲劳性和缺口不敏感性。使用丙烯酰胺作为第一网络主单体与LMA在胶束共聚的情况下,形成疏水缔合物理交联网络。海藻酸钠与Ca~(2+)进行离子交联形成物理交联网络。这两种物理交联网络构成双网络水凝胶。当水凝胶受到外力作用时,两个网络协同发挥作用。我们对HPAAm水凝胶,HPAAm/Alginate水凝胶和HPAAm/Alginate-Ca~(2+)DN水凝胶分别进行了拉伸,能量耗散与流变性能测试,以确定水凝胶的增韧机理,还通过扫描电子显微镜对水凝胶的内部结构进行了表征。并且对我们合成的HPAAm/Alginate-Ca~(2+)DN水凝胶进行了缺口不敏感性,自恢复效率与抗疲劳测试。实验结果表明,HPAAm/Alginate-Ca~(2+)DN水凝胶具有优良的机械性能,断裂应力为1.16 MPa(高于HPAAm水凝胶三倍,高于HPAAm/Alginate水凝胶1.7倍),断裂应变为2604%,弹性模量为71.79 kPa,且韧性为14.20 MJ m~(-3)。HPAAm/Alginate-Ca~(2+)DN水凝胶因为包含可逆的疏水缔合和离子交联这两种物理键,所以还具有缺口不敏感性、自恢复性和抗疲劳的性能。
【学位授予单位】:长春工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:O648.17

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