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聚丙烯酰胺/氧化石墨烯水凝胶的制备及性能研究

刘瑞琼  
【摘要】:水凝胶较好的吸水、保水性及生物相容性使其在日常生活中得到了广泛的应用,但传统凝胶较差的机械性能又在一定程度上限制了水凝胶的应用。近年来提高水凝胶的机械性能已成为科学界的一个研究热点。本文以无机氧化石墨烯(GO)为交联剂制备了具有较好拉伸性能的有机/无机纳米复合水凝胶。主要研究工作如下: 1.以GO和有机N,N'-亚甲基双丙烯酰胺(BIS)为共交联剂,丙烯酰胺(AM)为单体,采用原位自由基聚合的方法制备了PAM/(GO-BIS)纳米复合凝胶。与有机交联的传统凝胶相比,PAM/(GO-BIS)凝胶具有较大的断裂伸长率(大于2500%)及拉伸强度; 2.在上文研究的基础上,本文进一步只采用无机GO为交联剂制备了纳米复合水凝胶(PAM/GO)。与传统凝胶相比,少量氧化石墨烯的加入使得材料的断裂伸长率提高了近一个数量级,且断裂强度提高了约4.5倍。所得材料同时具有较好的柔韧性及可恢复性。交联剂GO的含量对PAM/GO凝胶拉伸强度的影响较大,其中当氧化石墨烯含量为6g/(10LH2O)时,材料的断裂强度达到最大值(385.0 KPa)。而凝胶的断裂伸长率受交联剂含量的影响较小,所有PAM/GO凝胶的断裂伸长率均大于3100%。ATR-FTIR, DSC及XRD等相关测试结果表明在PAM/GO凝胶中形成了一种独特的有机/无机网络结构。结合凝胶单位体积内交联聚合物链的数量(N*),本文提出了PAM/GO凝胶的结构模型。此外本文还考察了外界温度等因素对PAM/GO凝胶溶胀性能的影响,最后分析了该凝胶的溶胀动力学行为。结果表明PAM/GO凝胶的吸水性能明显好于传统有机交联凝胶的吸水性能。并且随着外界温度的升高,PAM/GO凝胶的吸水倍率逐渐增大。PAM/GO凝胶的溶胀行为符合二次速率方程。


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