水凝膠是由親水性分子通過物理或化學交聯(lián)作用形成的具有三維網(wǎng)絡結構的高分子材料,具有豐富的含水量、良好的生物相容性和保水性等特點,在人造軟組織替代物、柔性傳感、藥物載體、智能機器人和農業(yè)抗旱等方面具有潛在的應用價值。然而傳統(tǒng)水凝膠的機械強度低且耐寒性差,極大的限制了水凝膠的應用。近年來基于水凝膠材料的柔性傳感器被廣泛研究,但大多數(shù)水凝膠傳感器存在監(jiān)測類型單一且可監(jiān)測范圍有限（形變范圍和使用溫度范圍）等問題,從而限制了水凝膠在柔性可穿戴傳感器中的應用。針對以上問題,本文利用簡單通用的鹽溶液浸泡法制備了離子-共價和鏈纏結-共價高機械性能抗凍殼聚糖/聚（丙烯酸-co-丙烯酰胺）雙網(wǎng)絡水凝膠,并研究了其在柔性傳感器中的應用。具體的研究內容如下:（1）高機械性能抗凍殼聚糖/聚（丙烯酸-co-丙烯酰胺）離子-共價雙網(wǎng)絡水凝膠（DN-Sul gel）的構建與性能研究。首先采用一鍋法制備了基于共價鍵和氫鍵作用的殼聚糖/聚（丙烯酸-co-丙烯酰胺）復合水凝膠,然后將復合水凝膠浸泡到Fe₂（SO₄）₃溶液中得到離子-共價雙網(wǎng)絡水凝膠。丙烯酸與... 

【文章來源】：鄭州大學河南省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：95 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

水凝膠的應用[26-30]

1前言41.3.1點擊化學水凝膠早在2001年點擊化學（clickchemistry）這個概念就已被提出，其實質是一種快速、準確和高效的有機化學反應，通過這種方法可以有效的控制聚合物鏈上交聯(lián)點的數(shù)量，進而制備出結構規(guī)整的高強度水凝膠。Malkoch等[46]利用點擊化學的方法設計了PEG水凝膠，如圖1.2所示，聚乙二醇分子鏈在接上炔基和羥基之后，疊氮將與帶有羥基的分子鏈進一步反應，最后在CuSO4的催化下帶有炔基和帶有疊氮基的大分子之間進行反應得到規(guī)整程度較高的水凝膠，該水凝膠具有突出的力學性能（強度：2.39MPa，斷裂拉伸應變：1550%）。圖1.2采用點擊化學法制備結構規(guī)整的聚乙二醇水凝膠[46]Figure1.2Preparationofstructuredpolyethyleneglycolhydrogelbyclickchemistry[46]1.3.2復合水凝膠復合水凝膠包括有機/無機復合水凝膠和有機/有機復合水凝膠，目前研究較多的是納米復合水凝膠（NanocompositeGel,NCGel）和大分子微球復合水凝膠（MacromolecularMicrosphereCompositeHydrogel,MMCGel）[68]。（1）納米復合（NC）水凝膠

1前言5受炭黑粒子增強橡膠原理的啟發(fā)，眾多研究者使用無機納米顆粒增強水凝膠的機械性能，采用共混聚合法、納米粒子表面改性法或者原位聚合法將一些片材或者顆粒狀納米材料均勻分散到高分子聚合物網(wǎng)絡中得到納米復合水凝膠。最常用的納米材料包括黏土、二氧化硅、納米纖維素、羥基磷灰石以及碳系材料等。2002年Haraguchi和Takehisa課題組[69]首次提出將無機膨脹的納米黏土顆粒作為多功能交聯(lián)點制備聚（N-異丙基丙烯酰胺）納米復合水凝膠，從而克服傳統(tǒng)水凝膠的脆性問題。首先，他們將無機的鋰藻土溶解在水中剝離成直徑為30nm厚度為1nm的顆粒，然后采用原位聚合的方法將N-異丙基丙烯酰胺（NIPAAm）單體吸附到鋰藻土上，最后聚合得到具有優(yōu)異機械性能的NC水凝膠。如圖1.3所示，納米材料的引入賦予水凝膠良好的韌性和極佳的彈性，其斷裂伸長率高達2000%。但是，納米顆粒很難均勻的分散到水凝膠的網(wǎng)絡中，甚至會出現(xiàn)團聚的現(xiàn)象，導致網(wǎng)絡結構不均勻，從而影響水凝膠的機械性能，所以納米復合水凝膠的發(fā)展和應用受到了限制。圖1.3（A）無機納米黏土復合（NC）水凝膠和聚N-異丙基丙烯酰胺（OR）水凝膠的機理圖；（B）NC水凝膠和OR水凝膠的應力-應變曲線[69]Figure1.3(A)Schematicofinorganicnano-claycomposite(NC)hydrogelandpolyn-isopropylamide(OR)hydrogel.(B)Stress-straincurvesofNChydrogelandORhydrogel[69]（2）大分子微球復合水凝膠1986年就有文獻報道了具有溫敏特性的聚N-異丙基丙烯酰胺（PNIPAM）


本文編號：3062712