聚合物基/纳米复合水凝胶制备与性能研究

【摘要】：水凝胶(Hydrogel)是以水为分散介质的一类凝胶,具有三维高分子网络结构。因兼具良好的生物相容性、吸水保水性和一定的机械强度等优点,水凝胶被广泛应用于生物医学、形状记忆元件、农业保水抗旱等诸多领域。传统的水凝胶因为具有机械强度低、性能比较单一以及光学性能差等缺点,这在某种程度上限制了其应用范围。近年来,能够感知外界微小物理化学刺激并对其做出响应的智能水凝胶受到了国内外研究者的广泛关注。本文通过向轻度交联的传统水凝胶中加入无机纳米材料如荧光纳米二氧化硅(F-SiNPs),氧化石墨烯(GO)等,制备出了有机/无机纳米复合水凝胶。一方面,该复合水凝胶在保持了纳米材料自身特性的同时也赋予了水凝胶新的性能;另一方面,纳米材料的刚性与水凝胶的柔软性相结合也在一定程度上提高了水凝胶的机械性能。具体工作内容如下:1、以N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)作单体,N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂、过硫酸铵(APS)为引发剂、采用原位聚合的方法在荧光纳米二氧化硅(F-SiNPs)水溶液中制备了 PNIPAM/F-SiNPs有机-无机纳米复合水凝胶。与性能单一的传统水凝胶相比,新和成的纳米复合水凝胶不仅对温度具有响应性,而且还被赋予了纳米二氧化硅的荧光性能。2、以聚乙烯醇(PVA)作单体,在荧光纳米二氧化硅(F-SiNPs)存在的条件下,通过简便的冷冻-解冻循环方法制备出了具有较高机械强度的PVA/F-SiNPs纳米复合水凝胶。与纯的聚乙烯醇水凝胶相比,纳米二氧化硅的加入不仅在很大程度上提高了聚乙烯醇水凝胶的机械强度,而且赋予其荧光特性。3、用聚乙烯醇(PVA)作第一单体,海藻酸钠(SA)作第二单体,氧化石墨烯(GO)作无机交联剂,通过一锅法合成出了具有较高机械强度和具有pH敏感性的PVA/GO/SA纳米复合双网络水凝胶。并进一步研究了 GO、SA的投料量等对水凝胶机械强度的影响。测试结果表明,新合成的纳米复合双网络水凝胶不仅具有良好的力学性能,而且能对溶液pH作出响应。