【摘要】：水凝膠是一種特殊的軟濕性材料,具有三維網(wǎng)絡結構,能夠吸收大量的水,可以溶脹卻不溶解,具有超強的保水性,以及生物相容性,因此在農(nóng)業(yè)生產(chǎn),醫(yī)學研究等領域具有廣泛的應用。但由于傳統(tǒng)水凝膠本身的性能較差,特別是機械性能,因此使水凝膠的應用在多方面受到了很多限制。通常改善水凝膠的性能的方法有許多種,例如:雙網(wǎng)絡水凝膠、拓撲結構水凝膠、疏水締合水凝膠等。此外,納米粒子水凝膠也是一種較好的改善水凝膠性質(zhì)的方法,將納米粒子加入水凝膠基體可以制備雜化水凝膠,同時具有較好的力學性能。納米微球的制備方法簡單,粒子尺寸和分布易調(diào)控且表面可進行功能化修飾,能夠賦予水凝膠特殊的官能團性質(zhì)。將表面功能化的有機納米粒子填加到水凝膠網(wǎng)絡中可以制備具有特殊功能和較好力學性能的雜化水凝膠。本文首先制備了表面帶有大量負電荷的有機納米微球,再將其與水溶性單體混合均勻制備了有機納米微球復合水凝膠并對性能進行了測試。主要內(nèi)容包括三部分。第一,為制備具有高電荷密度的苯乙烯納米粒子微球,選用苯乙烯(St)、苯乙烯磺酸鈉(NaSS)共同作為反應單體,通過無皂乳液聚合,制備了表面帶有高電荷密度,粒徑大小約100nm左右的,表面帶負電的單分散聚苯乙烯納米微球(n-PS),并利用傅里葉變換紅外光譜測量儀(FT-IR)、激光粒度儀(DLS)、透射電子顯微鏡(TEM)對微球進行了表征,同時使用電導率滴定儀對微球表面電荷進行測試,測得微球表面電荷為11.046μC/cm2。第二,將上步中制備的n-PS納米微球以一定比例加入含有引發(fā)劑和交聯(lián)劑的丙烯酰胺(AAm)水溶液中制備了PAAm/n-PS雜化水凝膠。與純化學交聯(lián)PAAm水凝膠相比,雜化水凝膠的力學性能稍有提高。含有16%微球的雜化水凝膠的拉伸強度增加了200%,伸長率增加了100%,溶脹實驗和往復拉伸實驗證明了PAAm鏈和n-PS之間存在相互作用。第三,在上述雜化水凝膠體系中引入陽離子單體甲基丙烯酰氧氧乙基三甲基氯化銨(DMC),制備了P(AAm-DMC)/n-PS雜化水凝膠。水凝膠的力學性能明顯提高。與純化學交聯(lián)水凝膠P(AAm-DMC)相比,P(AAm-DMC)/n-PS雜化水凝膠的拉伸性能和初始模量都明顯提高。拉伸強度增加了約800%。溶脹實驗顯示雜化水凝膠的出現(xiàn)明顯的去溶脹現(xiàn)象,這和流變實驗共同證明了P(AAm-DMC)/n-PS水凝膠存在n-PS微球與DMC鏈端的正負電荷相互吸引的作用。
[Abstract]:Hydrogels are a special kind of soft wet material, which has a three-dimensional network structure, can absorb a large amount of water, can be swelled but not dissolved, has super water retention, and biocompatibility, so in agricultural production, Medical research and other fields have a wide range of applications. However, due to the poor performance of traditional hydrogels, especially the mechanical properties, the application of hydrogels is limited in many aspects. There are many methods to improve the properties of hydrogels, such as double network hydrogels, topological hydrogels, hydrophobically associating hydrogels and so on. In addition, nano-particle hydrogel is also a good method to improve hydrogel properties. Adding nano-particles to hydrogel matrix can prepare hybrid hydrogels and have good mechanical properties. The preparation method of nanocrystalline microspheres is simple, the particle size and distribution are easy to control and the surface can be functionalized, which can give the hydrogel special functional group properties. Hybrid hydrogels with special functions and better mechanical properties can be prepared by adding surface functionalized organic nanoparticles to hydrogel networks. In this paper, the organic nanospheres with a large amount of negative charge on the surface were prepared firstly, and then the organic nanospheres were mixed with the water-soluble monomers to prepare the organic nano-spheres composite hydrogels and their properties were tested. The main content includes three parts. Firstly, in order to prepare styrene nanoparticles with high charge density, styrene (St) and sodium styrenesulfonate (NaSS) were used as reactive monomers, which were prepared by soap-free emulsion polymerization. Monodisperse polystyrene nanospheres (n-PS) with about 100nm particle size were characterized by Fourier transform infrared spectrometer (FT-IR), laser particle size analyzer and transmission electron microscope (TEM). At the same time, the surface charge of the microspheres was measured by using the conductivity titrator. The surface charge of the microspheres was measured to be 11.046 渭 C / cm ~ 2. Secondly, PAAM / n-PS hybrid hydrogels were prepared by adding n-PS nanospheres into acrylamide (AAm) aqueous solution containing initiator and crosslinking agent in a certain proportion. Compared with pure chemically crosslinked PAAm hydrogels, the mechanical properties of hybrid hydrogels were slightly improved. The tensile strength and elongation of hybrid hydrogels containing 16% microspheres increased by 200 and 100% respectively. The interaction between PAAm chain and n-PS was proved by swelling test and reciprocating tensile test. Thirdly, P (AAm-DMC) / n-PS hybrid hydrogels were prepared by introducing the cationic monomer methacryloxylethyl trimethylammonium chloride (DMC) into the hybrid hydrogel system. The mechanical properties of hydrogels were improved obviously. Compared with pure chemical crosslinked hydrogels P (AAm-DMC) / n-PS hybrid hydrogels, the tensile properties and initial modulus of n-PS hybrid hydrogels were significantly improved. The tensile strength increased by about 800. Swelling experiments show that the hybrid hydrogels have obvious deswelling phenomenon, which, together with rheological experiments, proves that P (AAm-DMC) / n-PS hydrogels attract the positive and negative charges of n-PS microspheres to DMC chains.
【學位授予單位】：長春工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：O648.17

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