天然高分子基离子交联水凝胶的制备与表征

摘要

水凝胶作为一种三维结构软湿材料，有较好的形变性，能对外界刺激产生响应性变化，被广泛的应用于工、农业、生物医药领域等。天然高分子材料以其良好的生物相容性、生物可降解性以及无毒性，是作为水凝胶材料的很好原料。本文用壳聚糖(CS)、海藻酸钠(SA)和羟乙基纤维素（HEC）为原料，制备了三种不同的水凝胶，并对水凝胶的力学性能和自愈合性做了研究。
　　以CS为原料通过改性制备了水溶性的壳聚糖(CSGTMAC)，并将其和SA配合，形成物理交联水凝胶，水凝胶具有自愈合性能同时拥有pH和离子响应性。研究表明水凝胶的自愈合性不受形状和时间的限制，可以由粉状干凝胶加水直接成型或断面浸盐溶液后拼接自愈合，而且离子交联的水凝胶有好的力学性能。此外研究发现，水凝胶在中性的环境下溶胀最小，在酸性或碱性条件下这种离子交联的水凝胶溶胀度变大。这种离子交联的水凝胶对离子强度的变化能够产生连续性响应，可以实现离子强度的开关性能。研究中使用了红外光谱(FT-IR)、热重分析(TG)和拉伸应力-应变进行了表征。
　　为了不引入有毒物质，本文对海藻酸钠进行氧化，利用胺与醛的席夫碱反应形成化学交联，合成了双交联水凝胶。研究发现，该水凝胶由于氧化海藻酸钠的氧化度不同，水凝胶达到最大拉伸强度时CSGTMAC的取代度不同，而且断裂伸长率变小。为此又设计了另一个双交联互穿网络水凝胶，利用CSGTMAC/SA形成物理交联网络，用柠檬酸交联HEC形成化学交联网络，研究发现该水凝胶提高了单一网络的CSGTMAC/SA水凝胶的拉伸强度和断裂伸长率，提高了有3倍。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 水凝胶简介

1．1．1 水凝胶的定义

1．1．2 水凝胶的分类

1．1．3 水凝胶的制备方法

1．2 水凝胶力学性能的改进

1．2．1 双网络水凝胶

1．2．2 离子交联水凝胶

1．2．3 纳米复合水凝胶

1．2．4 滑环水凝胶

1．2．5 其他类型高强度水凝胶

1．3 水凝胶的应用

1．3．1 生物医用领域

1．3．2 工业用品

1．3．3 其他方面的应用

1．4 选题的目的、意义、研究内容

1．4．1 选题的目的和意义

1．4．2 研究内容

第二章 CSGTMAC／SA离子交联水凝胶的制备及性能研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验试剂和仪器

2．2．2 N-2-羟基丙基三甲基氯化铵壳聚糖(CSGTMAC)的合成

2．2．3 CSGTMAC／SA水凝胶的制备

2．3 表征方法

2．3．1 核磁共振分析(NMR)

2．3．4 X-射线衍射分析(XRD)

2．3．5 溶胀性能

2．3．6 CSGTMAC／SA水凝胶体系有效离子交联程度对溶胀性能的影响

2．3．7 拉伸性能测试

2．4 结果与讨论

2．4．1 CSGTMAC的表征

2．4．2 CSGTMAC／SA水凝胶制备过程体系黏度变化

2．4．3 CSGTMAC／SA水凝胶体系有效离子交联程度对溶胀性能的影响

2．4．4 pH、离子强度对CSGTMAC／SA水凝胶溶胀性能的影响

2．4．5 CSGTMAC／SA水凝胶力学性能的测试

2．4．6 水凝胶的自愈合性能

2．5 本章小结

第三章 化学-离子交联对水凝胶性能的影响

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 药品与实验仪器

3．2．2 海藻酸钠的氧化

3．2．3 CSGTMAC／OSA水凝胶的制备

3．2．4 CSGTMAC／SMHEC水凝胶的制备

3．3 表征方法

3．3．1 红外表征

3．3．2 水凝胶热重分析

3．3．3 水凝胶的溶胀分析

3．3．4 水凝胶的力学性能

3．4 结果与讨论

3．4．1 CSGTMAC／OSA的席夫碱反应

3．4．2 羟乙基纤维素与柠檬酸的交联反应

3．4．3 红外表征

3．4．4 热重分析

3．4．5 水凝胶的溶胀分析

3．4．6 拉伸应力应变曲线

3．5 本章小结

第四章 甲基橙、铜盐的吸附性能

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验试剂和仪器

4．2．2 CSGTMAC／SA水凝胶的制备

4．2．3 CSGTMAC／SA／HEC水凝胶的制备

4．2．4 甲基橙标准曲线的绘制

4．2．5 CuSO4标准曲线的绘制

4．3 结果与讨论

4．3．1 甲基橙浓度对吸附量的影响

4．3．2 交联剂用量对甲基橙吸附的影响

4．3．3 CuSO4浓度对吸附量的影响

4．4 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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