有机纳米粒子杂化水凝胶的制备及其性能研究

摘要

水凝胶是一种特殊的软湿性材料，具有三维网络结构，能够吸收大量的水，可以溶胀却不溶解，具有超强的保水性，以及生物相容性，因此在农业生产，医学研究等领域具有广泛的应用。但由于传统水凝胶本身的性能较差，特别是机械性能，因此使水凝胶的应用在多方面受到了很多限制。通常改善水凝胶的性能的方法有许多种，例如：双网络水凝胶、拓扑结构水凝胶、疏水缔合水凝胶等。此外，纳米粒子水凝胶也是一种较好的改善水凝胶性质的方法，将纳米粒子加入水凝胶基体可以制备杂化水凝胶，同时具有较好的力学性能。纳米微球的制备方法简单，粒子尺寸和分布易调控且表面可进行功能化修饰，能够赋予水凝胶特殊的官能团性质。将表面功能化的有机纳米粒子填加到水凝胶网络中可以制备具有特殊功能和较好力学性能的杂化水凝胶。
　　本文首先制备了表面带有大量负电荷的有机纳米微球，再将其与水溶性单体混合均匀制备了有机纳米微球复合水凝胶并对性能进行了测试。主要内容包括三部分。
　　第一，为制备具有高电荷密度的苯乙烯纳米粒子微球，选用苯乙烯（St）、苯乙烯磺酸钠（NaSS）共同作为反应单体，通过无皂乳液聚合，制备了表面带有高电荷密度，粒径大小约100nm左右的，表面带负电的单分散聚苯乙烯纳米微球（n-PS）,并利用傅里叶变换红外光谱测量仪（FT-IR）、激光粒度仪（DLS）、透射电子显微镜（TEM）对微球进行了表征，同时使用电导率滴定仪对微球表面电荷进行测试，测得微球表面电荷为11.046μC/cm2。
　　第二，将上步中制备的n-PS纳米微球以一定比例加入含有引发剂和交联剂的丙烯酰胺（AAm）水溶液中制备了PAAm/n-PS杂化水凝胶。与纯化学交联PAAm水凝胶相比，杂化水凝胶的力学性能稍有提高。含有16%微球的杂化水凝胶的拉伸强度增加了200%，伸长率增加了100%，溶胀实验和往复拉伸实验证明了PAAm链和n-PS之间存在相互作用。
　　第三，在上述杂化水凝胶体系中引入阳离子单体甲基丙烯酰氧氧乙基三甲基氯化铵（DMC）,制备了P(AAm-DMC)/n-PS杂化水凝胶。水凝胶的力学性能明显提高。与纯化学交联水凝胶P(AAm-DMC)相比，P(AAm-DMC)/n-PS杂化水凝胶的拉伸性能和初始模量都明显提高。拉伸强度增加了约800%。溶胀实验显示杂化水凝胶的出现明显的去溶胀现象，这和流变实验共同证明了P（AAm-DMC）/n-PS水凝胶存在n-PS微球与DMC链端的正负电荷相互吸引的作用。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 水凝胶

1.2化学交联水凝胶

1.3 物理交联水凝胶

1.4 纳米粒子复合水凝胶

1.5功能性纳米微球简介

1.6本课题的研究内容和目的

第二章 功能性聚苯乙烯纳米粒子的制备与表征

2.1前言

2.2实验部分

2.3磺化聚苯乙烯（n-PS）微球的制备

2.4 磺化聚苯乙烯（n-PS）微球的表征

2.5实验结果与讨论

2.6本章小结

第三章 PAAm/n-PS水凝胶的制备及性能研究

3.1前言

3.2实验部分

3.3PAAm/n-PS水凝胶的制备

3.4 PAAm/n-PS水凝胶的测试

3.5 结果与讨论

3.6本章小结

第四章 P（AAm-DMC）/n-PS水凝胶的制备及性能研究

4.1前言

4.2实验部分

4.3P（AAm-DMC）/n-PS水凝胶的制备

4.4 P（AAm-DMC）/n-PS水凝胶的测试

4.5 与讨论

4.6本章小结

第五章 结 论

致谢

参考文献

作者简介

攻读硕士学位期间研究成果