【摘要】：水凝膠作為軟濕的智能材料,廣泛應(yīng)用于組織工程、藥物遞送等領(lǐng)域。然而缺乏足夠的機(jī)械性能,限制了水凝膠在一些領(lǐng)域尤其是承重組織修復(fù)領(lǐng)域中的應(yīng)用�；凇盃奚I”理論的雙網(wǎng)絡(luò)(double network,DN)水凝膠通過(guò)兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同作用,實(shí)現(xiàn)了機(jī)械性能大幅度的提高�；贒N策略,我們通過(guò)兩步法制備了一種新型的果膠基(pectin)高強(qiáng)度水凝膠。首先,通過(guò)丙烯酰胺(AAm)及N,N-亞甲基雙丙烯酰胺的光引發(fā)自由基聚合反應(yīng)制得了pectin/PAAm單網(wǎng)絡(luò)(single network)水凝膠;其次,引入三價(jià)鐵離子,使其與果膠鏈上的羧基進(jìn)行配位反應(yīng)而實(shí)現(xiàn)果膠分子鏈間的交聯(lián),并得到pectin-Fe~(3+)/PAAm DN水凝膠。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,詳細(xì)研究了交聯(lián)劑用量,浸泡時(shí)間,固含量,Fe~(3+)濃度以及兩種網(wǎng)絡(luò)組分的配比等條件對(duì)所得水凝膠的力學(xué)性能的影響,得出了DN水凝膠制備的最佳工藝參數(shù),所得pectin-Fe~(3+)/PAAm DN水凝膠的拉伸強(qiáng)度達(dá)到0.9MPa,斷裂伸長(zhǎng)率為1300%,彈性模量為1.46MPa,韌性高達(dá)7.82MJ/m~3,斷裂能為3785J/m~2,平衡水含量在85%以上。通過(guò)循環(huán)負(fù)載-卸載過(guò)程中對(duì)pectin-Fe~(3+)/PAAm DN水凝膠力學(xué)性能的跟蹤檢測(cè),提出了DN水凝膠的增韌機(jī)理,即第一網(wǎng)絡(luò)解交聯(lián)用以損耗能量,第二網(wǎng)絡(luò)提供彈性,橋接裂紋,維持凝膠結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。在此基礎(chǔ)上,將磁性四氧化三鐵納米粒引入到DN水凝膠中,在不削弱原有機(jī)械性能的情況下賦予水凝膠磁響應(yīng)性。結(jié)果表明,所制備的四氧化三鐵納米粒晶型為尖晶型,粒徑范圍為10~19nm,展現(xiàn)出良好的超順磁特性。同時(shí)所制備的磁性DN水凝膠不僅僅具有高的力學(xué)性能,而且也展現(xiàn)了極好的超順磁特性。研究結(jié)果將為高強(qiáng)度水凝膠的設(shè)計(jì)及應(yīng)用提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
【圖文】：

圖 1-1 輪烷及滑環(huán)水凝膠結(jié)構(gòu)示意圖（a.聚輪烷，b.滑環(huán)水凝膠）[33,Fig 1-1 Schematic diagram of polyrotaxane and slide-ring hydrogel (a. polyrotaslide-ring hydrogel)[33, 46]常規(guī)制備化學(xué)水凝膠的方法多采用交聯(lián)劑，分散不均勻的交聯(lián)點(diǎn)會(huì)分為長(zhǎng)短不一的鏈段。當(dāng)有外界應(yīng)力存在時(shí)，短鏈上的應(yīng)力集中則斷裂。一種新型的滑環(huán)水凝膠，具有超分子結(jié)構(gòu)的拓?fù)涮卣�，能夠�?lián)點(diǎn)固定的問(wèn)題。2001 年 Okumura 和 Ito[8]首次制備了典型的滑環(huán)輪烷水凝膠。如圖 1-1 所示，該水凝膠包含大分子的聚乙二醇（PE構(gòu)的 α-環(huán)糊精（α-CD），其中較大體積的烷基封端的 PEG 鏈作為 α-CD 嵌套在線性 PEG 骨架鏈上，通過(guò)交聯(lián)不同的聚輪烷上的 α-C得到了 8-型 交聯(lián)環(huán)結(jié)構(gòu)。因此在該水凝膠中，PEG 聚合物鏈既交聯(lián)成為化學(xué)凝膠，也不具有類(lèi)似于物理水凝膠的相互吸引作用，-型 的交聯(lián)結(jié)構(gòu)拓?fù)湎噙B接。因此，這種特殊結(jié)構(gòu)的存在，，當(dāng)有外，水凝膠中的聚合物鏈段就像 滑環(huán) 一樣，自由穿過(guò) 8-型 的

圖 1-2 Tetra-PEG 水凝膠的構(gòu)建[7, 31]Fig 1-2 Construction of Tetra-PEG hydrogel[7, 31]2008 年，東京大學(xué)的 Sakai[7]制備了分別由氨基封端和活性酯-PEG 兩種結(jié)構(gòu)類(lèi)似的四面體大分子單體。該類(lèi)單體尺寸相同，結(jié)將二者混合，制備出特殊結(jié)構(gòu)的 Tetra-PEG 水凝膠。由于每種四面?zhèn)�端基基團(tuán)可以與對(duì)應(yīng)的端基官能團(tuán)反應(yīng)，所以在反應(yīng)過(guò)程中兩種替反應(yīng)（如圖 1-2 所示），從而避免了自反應(yīng)。兩種大分子單體均物相容性，所制得的水凝膠壓縮強(qiáng)度遠(yuǎn)高于同等濃度下制備的瓊脂聚丙烯酰胺水凝膠的強(qiáng)度。此外，在預(yù)聚物濃度達(dá)到 C*和 2C*或代表大分子重疊濃度），實(shí)現(xiàn)壓縮性能最為優(yōu)良，表明了凝膠內(nèi)部絡(luò)結(jié)構(gòu)。而且，通過(guò)調(diào)控 PEG 的臂長(zhǎng)，改變交聯(lián)點(diǎn)的長(zhǎng)短，可以能的調(diào)控。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：O648.17

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 王雪珍;汪輝亮;;具有規(guī)整結(jié)構(gòu)和高強(qiáng)度的水凝膠研究進(jìn)展[J];高分子通報(bào);2008年03期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前4條

1 向雙飛;高強(qiáng)度水凝膠的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及性能研究[D];江南大學(xué);2017年

2 劉雪姣;基于雙網(wǎng)絡(luò)增韌機(jī)理的水凝膠制備與性能研究[D];長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué);2016年

3 姜玉俊;果膠負(fù)載納米零價(jià)鐵去除水中六價(jià)鉻的研究[D];太原理工大學(xué);2015年

4 陳偉科;高強(qiáng)度超拉伸水凝膠的制備[D];華南理工大學(xué);2015年

本文編號(hào)：2636565