本文關(guān)鍵詞：Laponite基納米復(fù)合功能梯度水凝膠的制備及其性能研究

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【摘要】：梯度功能材料(FGM)的概念在1987年最先由日本學(xué)者提出,是為了滿足宇航材料所面臨的超耐熱和耐低溫的要求。FGM一經(jīng)提出便受到科研界的廣泛關(guān)注,并迅速發(fā)展成為涵蓋工程力學(xué),仿生學(xué),組織工程,細(xì)胞工程,診斷學(xué)等多學(xué)科融合的研究熱點(diǎn)。梯度水凝膠作為一種新穎的FGM,不僅具有分子結(jié)構(gòu),化學(xué)組成以及宏觀性能連續(xù)或準(zhǔn)連續(xù)變化的特點(diǎn),而且還具有良好的生物相容性,對(duì)小分子的高滲透性,光學(xué)特征以及智能響應(yīng)性。然而,梯度水凝膠大都采用化學(xué)交聯(lián)劑交聯(lián),導(dǎo)致凝膠的力學(xué)性能差。本論文主要目的是以Laponite作為多功能的物理交聯(lián)劑,利用親水性功能單體在Laponite分散液中的原位共聚和直流電場(chǎng)(DC-EF)誘導(dǎo)Laponite以及單體的各向異性分布,制備具有優(yōu)異力學(xué)性能,智能響應(yīng)性和催化性能的納米復(fù)合(NC)梯度水凝膠。主要工作如下:(1)通過(guò)DC-EF(電場(chǎng)強(qiáng)度E=400 V/m)誘導(dǎo)物理交聯(lián)劑Laponite向陽(yáng)極定向遷移;同時(shí),過(guò)硫酸鉀(KPS)引發(fā)非離子單體丙烯酰胺(AM)和甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯(DMAEMA)原位自由基共聚制備梯度交聯(lián)密度和各向異性力學(xué)強(qiáng)度的有機(jī)/無(wú)機(jī)NC復(fù)合梯度水凝膠。運(yùn)用羅丹明B(RB)對(duì)Laponite染色實(shí)驗(yàn),紅外光譜(FT-IR),熱重分析(TGA)等測(cè)試,證實(shí)了水凝膠中Laponite在沿著電場(chǎng)的方向形成梯度分布。Laponite的梯度分布,導(dǎo)致水凝膠具有各向異性的交聯(lián)密度和梯度變化的機(jī)械性能。梯度水凝膠與陽(yáng)極的距離從3.0 cm減小到0.5 cm時(shí),拉伸強(qiáng)度相應(yīng)地從43.4升高到135.3 kPa,而斷裂伸長(zhǎng)率從600%增加到1300%;壓縮強(qiáng)度則從116 kPa增加到1 100 kPa。同時(shí),探究了Laponite的濃度對(duì)梯度水凝膠整體機(jī)械性能的影響。Laponite含量越高,梯度水凝膠整體的機(jī)械性能越好。(2)利用管狀的石墨電極產(chǎn)生徑向分布的電場(chǎng)(E=400 V/m)誘導(dǎo)Laponite形成徑向的濃度梯度的同時(shí),利用功能性單體DMAEMA和N,N-二乙基丙烯酰胺(DEA)原位自由基共聚制備仿竹結(jié)構(gòu)的梯度溫敏性NC水凝膠。在電場(chǎng)的誘導(dǎo)下,Laponite向陽(yáng)極定向遷移,DMAEMA吸附在Laponite表面,并隨之向陽(yáng)極定向遷移,形成梯度分布。Laponite和聚合物的兩種結(jié)構(gòu)單元的含量在水凝膠中沿著電場(chǎng)的方向連續(xù)變化。分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成的遞變性,導(dǎo)致水凝膠具有仿竹梯度結(jié)構(gòu)。梯度水凝膠的壓縮強(qiáng)度可達(dá)700 kPa,而且還表現(xiàn)出各向異性的機(jī)械強(qiáng)度:壓縮方向與電場(chǎng)方向相同時(shí),壓縮強(qiáng)度為758 kPa,壓縮方向與電場(chǎng)方向相反時(shí),壓縮強(qiáng)度為693 kPa。凝膠表現(xiàn)梯度溫敏性。(3)以AM和N-異丙基丙烯酰胺(NIPAm)為單體,N,N’-亞甲基雙丙烯酰胺(BIS)作交聯(lián)劑,過(guò)硫酸鉀(KPS)為引發(fā)劑合成了水凝膠,然后通過(guò)共沉淀法制備了磷酸銅(CuP)@聚(AM-co-NIPAm)有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合水凝膠。利用CuP中銅的可變化合價(jià)(Cu2+—Cu+)活化分子氧,催化氧化N,N-二乙基對(duì)苯二胺硫酸鹽(DPD)和鄰苯二胺(OPD)等顯色反應(yīng),并證明了顯色反應(yīng)的氧化劑為分子氧。探究了pH值,DPD濃度,反應(yīng)時(shí)間,氧氣分子濃度和催化劑種類對(duì)DPD顯色反應(yīng)的影響。同時(shí),用Laponite取代有機(jī)交聯(lián)劑制備了CuP@Laponite基聚(AM-co-NIPAm)有機(jī)/無(wú)機(jī)雜化梯度水凝膠,并用于檢測(cè)DPD。
【關(guān)鍵詞】：電場(chǎng)誘導(dǎo) 鋰藻土 納米復(fù)合 溫敏性 催化氧化
【學(xué)位授予單位】：新疆大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O648.17
【目錄】：

• 摘要2-4
• Abstract4-9
• 第一章 引言9-21
• 1.1 梯度水凝膠概述9-11
• 1.2 梯度水凝膠的制備方法11-14
• 1.2.1 電泳法11-12
• 1.2.2 微流體技術(shù)12-13
• 1.2.3 密度梯度法13-14
• 1.2.4 冷凍-解凍法14
• 1.3 梯度水凝膠的應(yīng)用14-18
• 1.3.1 人工組織中的應(yīng)用15-16
• 1.3.2 細(xì)胞培養(yǎng)中的應(yīng)用16
• 1.3.3 傳感器方面的應(yīng)用16-18
• 1.4 本文主要的研究思路和擬解決的問(wèn)題18-21
• 第二章 聚(AM-co-DMAEMA)/Laponite NC梯度水凝膠的制備及性能21-32
• 2.1 引言21-22
• 2.2 實(shí)驗(yàn)22-24
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑22
• 2.2.2 聚(AM-co-DMAEMA)/Laponite NC梯度水凝膠的制備22
• 2.2.3 聚(AM-co-DMAEMA)/Laponite NC梯度水凝膠的分析測(cè)試和結(jié)構(gòu)表征22-23
• 2.2.4 聚(AM-co-DMAEMA)/Laponite NC梯度水凝膠的性能研究23-24
• 2.3 結(jié)果與討論24-31
• 2.3.1 Laponite與RB的靜電作用24-25
• 2.3.2 Laponite在水凝膠中的梯度分布25-28
• 2.3.3 NC梯度水凝膠的微觀形貌28-29
• 2.3.4 NC梯度水凝膠的力學(xué)性能29-31
• 2.4 小結(jié)31-32
• 第三章 仿生結(jié)構(gòu)的梯度溫敏性聚(DMAEMA-co-DEA)/Laponite水凝膠制備及性能研究32-43
• 3.1 引言32-33
• 3.2 實(shí)驗(yàn)33-35
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑33
• 3.2.2 聚(DMAEMA-co-DEA)/Laponite梯度水凝膠的制備33-34
• 3.2.3 聚(DMAEMA-co-DEA)/Laponite梯度水凝膠的表征34-35
• 3.2.4 聚(DMAEMA-co-DEA)/Laponite梯度水凝膠的性能測(cè)試35
• 3.3 結(jié)果與討論35-42
• 3.3.1 梯度水凝膠的制備35-36
• 3.3.2 單體與Laponite的相互作用力36-37
• 3.3.3 Laponite和聚合物的梯度分布37-40
• 3.3.4 溫度響應(yīng)性能40-41
• 3.3.5 力學(xué)強(qiáng)度41-42
• 3.4 小結(jié)42-43
• 第四章 聚(AM-co-NIPAm)/CuP復(fù)合水凝膠的制備及其催化性能43-56
• 4.1 引言43
• 4.2 實(shí)驗(yàn)43-46
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑43-44
• 4.2.2 水凝膠/CuP催化劑的制備44
• 4.2.3 (AM-co-NIPAm)/CuP復(fù)合水凝膠的表征44-45
• 4.2.4 (AM-co-NIPAm)/CuP水凝膠催化研究45
• 4.2.5 CuP@Laponite基聚(AM-co-NIPAm)梯度水凝膠催化DPD45-46
• 4.3 結(jié)果與討論46-55
• 4.3.1 催化劑的制備46
• 4.3.2 催化劑的結(jié)構(gòu)表征46-50
• 4.3.3 催化劑性能的研究50-54
• 4.3.4 CuP@Laponite基梯度水凝膠檢測(cè)DPD54-55
• 4.4 小結(jié)55-56
• 第五章 總結(jié)與展望56-58
• 參考文獻(xiàn)58-67
• 碩士在讀期間發(fā)表論文情況67-68
• 致謝68-70

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本文編號(hào)：891439