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pH/温度双响应性自修复水凝胶的制备及性能研究

王鹏  
【摘要】:水凝胶是一种软材料或者湿材料,因其与生物组织有类似的性质,所以在生物医药、组织工程等领域有着巨大的潜在运用价值。目前,制备物理水凝胶、化学水凝胶和动态化学水凝胶的方法各种各样,所制备的水凝胶的在结构和性能上各有特点,但制备多功能水凝胶依然是一个难点和热点。本课题通过改性得到了PF127-苯甲醛和三臂聚乙二醇-苯甲酰肼两种纯度高的官能化聚合物,其在缓冲溶液中自组装构建了由聚合物胶束和酰腙键双交联的水凝胶。通过溶胀、应力应变、流变性能、红外、动态光散射和3D打印等测试不仅系统地探索了此水凝胶的自修复性能﹑pH/温度双响应性和3D打印性能,而且探究了自修复和pH/温度双响应性的机理。酰腙键和胶束的动态可逆特征赋予了本水凝胶优异的自修复能力,因而本水凝胶在24 h内自修复能力达到90%。酰腙键是酰肼基团和醛基在酸性环境下经可逆反应得到的动态化学键,水凝胶中酰腙键的交联度受pH值的影响显著,pH=6.0最有利于酰腙键的成键平衡。因此,在pH=6.0时,水凝胶溶胀度最低且强度最大。另一方面,PF127-苯甲醛是一种两亲性嵌段聚合物,其疏水嵌段依靠物理作用力聚集自组装形成胶束,而胶束的粒径和分布受着温度的影响,升温使得胶束的数量增多而粒径呈现多分布,胶束的这一特性赋予了水凝胶显著的温度响应性。所以当温度升高时,水凝胶的溶胀度急剧减小而强度急剧增加。pH值对酰腙键的影响和温度对胶束的影响是本水凝胶pH和温度双响应性的原因。根据水凝胶的温度响应性特征,基于喷头挤出的3D打印技术被用来构建了精度较高和保真度较好的水凝胶模型。值得注意的是,本水性胶也展示出优良的力学性能,其延展率和拉伸强度和分别高达120倍和1600 kPa。性能优异的该水凝胶将是一种运用前景广阔的组织工程材料。


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