PAMPS/PAAM高强度双网络水凝胶的制备及其性能研究

摘要

水凝胶虽然因其环境敏感性、低表面摩擦性、小分子高渗透性、高吸水和高保水等特性而具有广阔的研究前景，但是传统水凝胶力学强度不高，应用受限。本课题在合成PAMPS/PAAM高强度双网络水凝胶的基础上加入几种不同物质对双网络水凝胶进行改性，来达到综合提高凝胶力学性能的目的。
　　论文分为两个部分，首先第一部分，利用高效的紫外光引发自由基聚合法，以2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸（AMPS）和丙烯酰胺（AAM）为单体制备PAMPS/PAAM双网络水凝胶，研究引发剂、交联剂、单体配比等条件对凝胶性能的影响。对所得双网络水凝胶进行吸水率、拉伸、压缩等性能测试，结果表明第一网络引发剂用量为0.6％，交联剂用量为4％（与第一网络单体摩尔百分比），第二网络交联剂0.1％（与第二网络单体摩尔百分比），两层网络单体配比为1∶2时，凝胶性能达到最优，压缩强度为1118MPa，压缩形变为86.42％;拉伸强度为0.28MPa，断裂伸长率为196％;含水量为848％，平衡溶胀率为560％。
　　第二部分，加入不同物质提高PAMPS/PAAM凝胶力学性能。在优化后的工艺条件下，分别探讨聚乙烯吡咯烷酮、锂藻土、硅藻土和带有疏水基的甲基丙烯酸十八烷基酯对DN凝胶的性能影响。采用溶胀法、扫描、拉伸、压缩等测试方法对所得凝胶进行性能测试。实验表明硅藻土加入量为15％（与第一网络单体质量百分比）时，凝胶的压缩强度最高，为23.76MPa，是普通双网络水凝胶的11.28MPa的2.1倍，凝胶的韧性也更好，断裂压缩率达到97.25％时才出现微小裂纹。锂藻土的含量为4％（与第一网络单体质量百分比）时，凝胶具有最高的拉伸强度0.76MPa，相比普通双网络水凝胶的0.28MPa，增加了2.7倍，断裂伸长率为276％，也高于普通双网络水凝胶的196％。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 水凝胶的定义

1．2 水凝胶的分类

1．3 水凝胶的发展

1．4 水凝胶的应用

1．4．1 日用品

1．4．2 工业用品

1．4．3 农业土建

1．4．4 生物医学

1．4．5 调光材料

1．5 水凝胶材料的制备方法

1．5．1 单体交联聚合

1．5．2 聚合物交联

1．5 3 接枝共聚

1．6．1 DN型双网络水凝胶

1．6．2 拓扑结构水凝胶

1．6．3 纳米复合水凝胶

1．7 双网络水凝胶

1．8 材料的力学性能

1．8．1 弹性性能

1．8．2 强度

1．8．3 塑性性能

1．8．4 韧性性能

1．9 本论文研究内容及意义

第2章 PAMPS／PAAM水凝胶的制备与工艺优化

2．1 实验所用重要试剂

2．1．2 第二网络单体AAM

2．1 3 引发剂与交联剂

2．2 仪器与材料

2．2．1 主要实验仪器

2．2．2 主要实验试剂

2．3 水凝胶的制备

2．3．1 实验流程图

2．3．2 模具的制作

2．3．3 制备方法

2．4 结构与性能测试

2 4．1 凝胶时间的确定

2．4．2 溶胀性能测试

2．4．3 含水量

2．4．4 拉伸性能测试

2．4．5 压缩性能测试

2．5 结果与讨论

2．5．1 实验条件的确定(所用实验样品原料配比为A3)

2．5．2 PAMPS、PAAM单网络水凝胶与双网络水凝胶

2．5．3 第一网络引发剂α-酮戊二酸含量变化对凝胶性能的影响

2．5．4 第一网络交联剂BIS含量变化对凝胶性能的影响

2．5．5 第二网络交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺含量变化对凝胶性能的影响

2．5．6 两层网络单体(PAMPS：PAAM)配比对凝胶性能的影响

2．6 本章小结

第3章 PAMPS／PAAM双网络水凝胶的改性

3．1 实验添加物质简介

3．1．1 硅藻土

3．1．2 甲基丙烯酸十八烷基酯

3．1．3 聚乙烯吡咯烷酮

3．1．4 锂藻土

3．2 仪器与材料

3．2．1 主要仪器

3．2．2 实验药品

3．3 复合双网络水凝胶的制备

3．3．2 PAMPS／Laponite(Diatomite)-PAAM纳米复合双网络水凝胶制备

3．3．3 PAMPS／C18-PAAM复合双网络水凝胶制备

3．4 结构性能与测试

3．4．1 凝胶形貌

3．4．2 溶胀动力学

3．4．3 含水量

3．4．4 拉伸性能测试

3．4．5 压缩性能测试

3．5 结果与讨论

3．5．1 实验制得的凝胶样品及形态

3．5．2 加入PVP及改变PVP的含量对凝胶性能的影响

3．5．3 加入硅藻土及改变硅藻土含量对凝胶性能的影响

3．5．4 加入锂藻土及改变锂藻土含量对凝胶性能的影响

3．5．5 加入C18及改变C18的含量对凝胶性能的影响

3．5．6 不同加入物质对水凝胶的性能影响对比

3．6 本章小结

结论

参考文献

致谢

作者简介