本文關鍵詞：雙層網(wǎng)絡水凝膠的分子構(gòu)造及摩擦性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：生物醫(yī)學材料由于要適應生物體復雜的環(huán)境，在生物相容性、力學強度、潤滑等多方面均需要達到與天然材料相近的性能。近年來，隨著生物醫(yī)學的發(fā)展，一些特殊的人工替代材料在臨床治療上也實現(xiàn)了應用。水凝膠因具有與人體軟組織相似的結(jié)構(gòu)而成為其理想的替代材料，長久以來力學強度不足一直制約著水凝膠在軟組織替代材料方面的應用，直到高強度的雙層網(wǎng)絡（double network）水凝膠出現(xiàn)。基于高強度雙層網(wǎng)絡水凝膠的概念，合成出海藻酸鈉/聚丙烯酰胺（SA/PAAm）水凝膠、聚乙烯醇/聚丙烯酰胺（PVA/PAAm）水凝膠、聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸鈉/聚丙烯酰胺-丙烯酸鈉共聚物（PNaAMPS/PNa (AAm-co-AA)）三種水凝膠，研究了第一層網(wǎng)絡的交聯(lián)方式以及兩層網(wǎng)絡所帶電荷對雙層網(wǎng)絡水凝膠性能的影響。實驗結(jié)果表明： SA/PAAm水凝膠斷裂伸長率達到11200%，表現(xiàn)出優(yōu)異的延展性。有缺口的SA/PAAm水凝膠試樣斷裂伸長率仍達到4300%，顯示出極低的缺口敏感性和高效的能量耗散。由于離子交聯(lián)鍵的再生功能，SA/PAAm水凝膠具有優(yōu)異的瞬時疲勞修復能力，在結(jié)構(gòu)遭到破壞后，力學強度可立即由4%恢復至30%。離子溶液環(huán)境對SA/PAAm水凝膠的力學強度和摩擦性能具有較大的影響，CaCl2溶液中，SA/PAAm水凝膠第一層網(wǎng)絡的交聯(lián)度大大提高，使得凝膠整體溶脹度減小，模量提高，但溶液的德拜長度不足以屏蔽SA分子鏈與基板間電荷排斥作用；NaCl溶液中，Na+離子會和已與海藻酸鈉締合的Ca2+離子發(fā)生離子交換，使得SA/PAAm水凝膠的第一層網(wǎng)絡交聯(lián)度減小，同時Na+離子屏蔽了SA分子鏈與基板之間的電荷排斥作用，使得PAAm網(wǎng)絡與玻璃之間的吸附作用效果增強，因此凝膠在NaCl溶液中的摩擦力較CaCl2中大。 PVA/PAAm水凝膠相對于單層PVA及PAAm網(wǎng)絡的水凝膠力學強度及能量耗散性能均得到較大的提高。對結(jié)構(gòu)遭破壞的PVA/PAAm水凝膠施加一次-20℃（20h）、25℃（4h）的凍融循環(huán)，其壓縮模量相對于破壞時提高了69%，這是由于第一層PVA網(wǎng)絡中的氫鍵在凍融循環(huán)過程中再次生成。由于PVA與PAAm均與玻璃基板之間呈現(xiàn)一定的吸附作用，PVA/PAAm水凝膠與玻璃基板之間存在較強的相互吸附作用。 對聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸鈉/聚丙烯酰胺（PNaAMPS/PAAm）水凝膠的第二層網(wǎng)絡進行改性，使AAm與丙烯酸鈉（AAS）共聚，合成出兩層網(wǎng)絡均帶負電荷的PNaAMPS/PNa (AAm-co-AA)水凝膠。第二層網(wǎng)絡負電解質(zhì)的引入使得兩層網(wǎng)絡之間的排斥作用力增強，凝膠內(nèi)應力增加，加之丙烯酸鈉中羧酸基團-COO-的親水性較酰胺基團-CONH2的親水性更大，使得共聚改性后的水凝膠較未改性的平衡溶脹度更大，且呈現(xiàn)出硬而脆的特性。由于第二層網(wǎng)絡負電解質(zhì)的引入，使得凝膠與基板之間的相互作用方式發(fā)生改變，，由原本的相互吸附變?yōu)橄嗷ヅ懦猓Σ翍Φ玫酱蠓葴p小，與玻璃基板之間的摩擦系數(shù)達到0.001，與動物關節(jié)軟骨間的摩擦系數(shù)相近。
【關鍵詞】：雙網(wǎng)絡水凝膠 交聯(lián) 高強度 自修復 摩擦
【學位授予單位】：湖北工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：R318.08
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-8
• 目錄8-11
• 第1章 緒論11-21
• 1.1 水凝膠的應用領域11-13
• 1.1.1 軟組織替代材料11-12
• 1.1.2 藥物傳輸載體12
• 1.1.3 生物傳感器12-13
• 1.2 水凝膠的摩擦13-16
• 1.2.1 吸附-排斥模型13-14
• 1.2.2 影響水凝膠摩擦行為的因素14-16
• 1.3 高強度水凝膠16-19
• 1.3.1 影響水凝膠力學強度的因素17
• 1.3.2 幾種高強度水凝膠17-19
• 1.4 自修復水凝膠19-20
• 1.5 本課題的研究目的與內(nèi)容20-21
• 第2章 實驗部分21-29
• 2.1 實驗原料及儀器選擇21-22
• 2.2 水凝膠的制備22-25
• 2.2.1 PNaAMPS/PAAm 水凝膠的制備22
• 2.2.2 SA/PAAm 水凝膠的制備22-24
• 2.2.3 PAAm/SA 水凝膠的制備24
• 2.2.4 PVA/PAAm 水凝膠的制備24
• 2.2.5 PNaAMPS/PNa ( AAm-co-AA ) 水凝膠的制備24-25
• 2.3 水凝膠的分析測試方法25-29
• 2.3.1 力學性能測試25-26
• 2.3.2 摩擦性能測試26-28
• 2.3.3 溶脹度測試28
• 2.3.4 掃描電鏡分析28
• 2.3.5 紅外光譜分析28-29
• 第3章 離子-共價交聯(lián)雙層網(wǎng)絡水凝膠29-52
• 3.1 前言29
• 3.2 SA/PAAm 水凝膠的力學性能分析29-38
• 3.2.1 SA/PAAm 水凝膠的力學強度29-31
• 3.2.2 SA/PAAm 水凝膠的能量耗散31-32
• 3.2.3 SA/PAAm 水凝膠的缺口敏感性32-34
• 3.2.4 SA/PAAm 水凝膠的疲勞修復性能34-37
• 3.2.5 SA/PAAm 水凝膠的結(jié)構(gòu)示意圖37-38
• 3.3 SA/PAAm 水凝膠在不同離子溶液中的摩擦行為分析38-46
• 3.3.1 離子溶液對凝膠本體結(jié)構(gòu)的影響38-39
• 3.3.2 浸泡時間對凝膠摩擦的影響39-40
• 3.3.3 雙層網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)對凝膠摩擦的影響40-42
• 3.3.4 離子環(huán)境對凝膠摩擦的影響42-43
• 3.3.5 第二層網(wǎng)絡對凝膠摩擦的影響43-44
• 3.3.6 壓力對凝膠摩擦的影響44-46
• 3.4 微觀結(jié)構(gòu)分析46-50
• 3.5 本章小結(jié)50-52
• 第4章 氫鍵-共價交聯(lián)雙層網(wǎng)絡水凝膠52-65
• 4.1 前言52
• 4.2 PVA/PAAm 水凝膠的力學性能分析52-58
• 4.2.1 PVA/PAAm 水凝膠的力學強度52-54
• 4.2.2 PVA/PAAm 水凝膠的缺口敏感性54-55
• 4.2.3 PVA/PAAm 水凝膠的疲勞修復性55-58
• 4.3 PVA/PAAm 水凝膠的摩擦行為分析58-61
• 4.3.1 雙層網(wǎng)絡對水凝膠摩擦的影響58-59
• 4.3.2 正壓力對水凝膠摩擦的影響59-61
• 4.4 微觀結(jié)構(gòu)分析61-64
• 4.4.1 掃描電鏡分析61-62
• 4.4.2 紅外譜圖分析62-63
• 4.4.3 結(jié)構(gòu)示意圖63-64
• 4.5 本章小結(jié)64-65
• 第5章 帶負電荷的雙層網(wǎng)絡水凝膠65-75
• 5.1 前言65
• 5.2 力學性能分析65-68
• 5.3 摩擦行為分析68-72
• 5.3.1 兩層網(wǎng)絡電負性對水凝膠摩擦的影響68-69
• 5.3.2 基板極性對水凝膠摩擦的影響69-71
• 5.3.3 壓力對水凝膠摩擦的影響71-72
• 5.4 微觀結(jié)構(gòu)分析72-74
• 5.5 本章小結(jié)74-75
• 第6章 結(jié)論75-77
• 6.1 結(jié)論75
• 6.2 展望75-77
• 參考文獻77-82
• 致謝82-83
• 附錄83

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 郭興林,李福綿;聚乙烯醇和丙烯酸-β-羥乙酯水凝膠的摩擦學特性[J];高等學�；瘜W學報;2001年08期

2 杜淼;胡新亮;鄭強;;與基板間相互作用對聚乙烯醇水凝膠摩擦行為的影響[J];高等學�；瘜W學報;2008年04期

3 魯智勇,劉強,周禮,倪安華,張熙;疏水改性聚N-異丙基丙烯酰胺的性能及對溶液組成的依賴性[J];高分子材料科學與工程;2005年04期

4 崔亦華;崔英德;郭建維;趙偉;易國斌;;NVP共聚物水凝膠中吸附水的性能研究[J];高分子材料科學與工程;2007年04期

5 馬敬紅;許雅菁;梁伯潤;;CMCS/PNIPA/粘土納米復合水凝膠的結(jié)構(gòu)與性能[J];高分子材料科學與工程;2008年05期

6 劉克敏;李玉寶;左奕;許鳳蘭;王學江;楊維虎;;高透明度聚乙烯醇水凝膠的制備、表征及透明機理研究[J];功能材料;2008年06期

7 羅小兵;張利;王妍Z

本文編號：395453