粘土-PNIPA納米復合水凝膠的制備、結構及性能表征.pdf

1、智能水凝膠由于具有刺激響應性和生物相容性等優(yōu)點，在組織培養(yǎng)、藥物釋放、傳感器、人造肌肉、分子篩、記憶元件開關、活性酶的固定等方面具有很好的應用前景，因此近年來受到研究工作者的很大關注。但由于傳統(tǒng)水凝膠力學強度差這一最大的缺點，其應用受到了很大的限制。因此，如何制備既具有高力學強度又具優(yōu)異響應性能的水凝膠成為這一研究領域中極具挑戰(zhàn)性的工作。
　　 其中，聚異丙基丙烯酰胺(PNIPA)因其響應溫度接近于人體溫度，作為熱敏性高聚物得到

2、廣泛關注。但傳統(tǒng)有機交聯(lián)水凝膠(OR gel)力學性能差，溶脹和消溶脹程度與速率低大大限制了其應用。近來原口博士以無機粘土作交聯(lián)劑，異丙基丙烯酰胺為單體首創(chuàng)研發(fā)了既具很高力學強度又具快速響應的新型納米復合水凝膠(NC gel)。本文在納米復合水凝膠的基礎上引入有機交聯(lián)劑制備了壓縮強度有顯著提高的共交聯(lián)水凝膠；通過半互穿網絡結構制備了同時具有溫度和pH響應的雙響應水凝膠；還制備了表面微圖案水凝膠薄膜。研究中對上述改性的水凝膠進行了系統(tǒng)的結

3、構性能表征，取得了以下主要成果：
　　 (1)通過在無機交聯(lián)劑粘土和異丙基丙烯酰胺為單體的反應溶液中引入少量有機交聯(lián)劑N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺(BIS)，采用自由基聚合制備了共交聯(lián)水凝膠(NC-OR gel)。所得共交聯(lián)水凝膠表現(xiàn)出特殊的具有粘土和BIS含量依存性的透明性變化。雖然NC-OR gel表現(xiàn)出類似OR gel的低斷裂拉伸，但其力學壓縮性能特別是高粘土低BIS含量水凝膠的壓縮性能有極大的提高，且NC-OR gel的拉

4、伸和壓縮模量較之于NC gel和OR gel均有很大提高。由于水凝膠中交聯(lián)密度的增加，NC-OR gel的平衡溶脹率降低。同時，NC-OR gel的消溶脹行為受OR gel的消溶脹和快速響應的NC gel協(xié)同作用。基于NC-OR gel的上述性能研究，并通過透射電鏡和廣角X射線對NC-OR gel的結構進行表征，以及聚合過程中反應溶液透明性的變化等提出了BIS優(yōu)先分布于粘土附近的微結構模型。
　　 (2)通過在無機交聯(lián)劑粘土和異

5、丙基丙烯酰胺為單體的反應溶液中引入一定量具有pH響應的第二組分線性聚合物聚丙烯酸(PAA)，采用自由基聚合制備了半互穿網絡納米復合水凝膠(SIP-NC gel)。該SIP-NC gel不僅保持了NC gel較好的力學性能，并且同時具有PNIPA的溫度響應和PAA的pH響應性能，且上述性能可通過體系中粘土和PAA的含量來調控?；趯IP-NC gel的力學性能和不同溫度和pH值下的溶脹和消溶脹行為的研究，提出了半互穿網絡結構模型。

6、>　　 (3)基于高強力學性能、高透明度、溫度響應的PNIPA納米復合水凝膠，采用直接模板復制法制備了具有微表面圖案的納米復合水凝膠薄膜。該方法具有薄膜厚度易控，無需模板表面處理，薄膜可抗形變且可直接從模板剝離的優(yōu)點。利用直接模板復制法，制備并觀察了精度為1微米的表面圖案。且表面圖案尺寸大小可通過溶脹、消溶脹及干燥控制，并保持圖案不被破壞。研究還發(fā)現(xiàn)表面圖案的排列及尺寸能引起NC gel表面接觸角大小的變化。
　　 (4)低粘