功能性聚甲基丙烯酸类纳米复合水凝胶的合成与表征

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本文对聚丙烯酸类纳米复合的功能性水凝胶进行了系统的研究。我们采用均聚以及不同单体之间共聚的方法,使这类凝胶的不同体系具有不同的功能性,从而拓宽了这类凝胶的应用范围,可以将其广泛地应用于组织粘合剂、创伤敷料、伤口绷带、药物控释等领域。本文以甲基丙烯酸(MAA)、丙烯酰胺(AAm)和丙烯酸(AA)为单体,纳米级的无机粘土粒子Laponite作为交联剂和填料,采用均聚或者共聚的方法,制备功能性的纳米复合水凝胶,并采用流变学、溶胀度测试以及粘结性能测试等方法对其功能性进行了表征。本论文的内容主要分为以下三个部分:(1)以甲基丙烯酸为单体,采用原位自由基聚合的方法,分别使用Laponite和亚甲基双丙烯酰胺(BIS)来对其进行交联得到纳米复合聚甲基丙烯酸凝胶和传统型化学交联的聚甲基丙烯酸凝胶。纳米复合聚甲基丙烯酸凝胶具有良好的粘结性能,其剥离强度随着Laponite含量的变化而变化;传统型聚甲基丙烯酸凝胶具有明显的pH以及温度的敏感性,随着体系所溶胀溶液的pH值以及温度的增加,体系的溶胀度随之增加。通过流变学方法研究发现纳米复合水凝胶可以通过改变Laponite含量以及该体系的pH值来改变纳米复合水凝胶的交联密度,具体表现为弹性模量G’和粘性模量G”的变化;而传统型水凝胶的交联密度可以通过改变交联剂BIS的含量来改变。(2)以甲基丙烯酸和丙烯酰胺为单体,采用原位自由基共聚的方法,使用Laponite对这两种单体进行交联得到功能型P(AAm-co-MAA)/Laponite纳米复合水凝胶。该类凝胶的功能性表现为明显的pH以及温度的双重敏感性,并具有一定的粘结性能。它的pH以及温度的双重敏感性表现为其溶胀度随着所溶胀溶液的pH值的增加而增加,随着所溶胀溶液的温度的增加而增加;它的粘结性能表现为其剥离强度随着Laponite含量的变化而变化。通过流变学的方法研究发现可以通过改变Laponite的含量以及单体组成中丙烯酰胺的含量来改变该类凝胶的交联度,具体表现为弹性模量G’和粘性模量G”的变化。(3)以丙烯酸和甲基丙烯酸为单体,采用原位自由基共聚的方法,使用Laponite对这两种单体进行交联得到功能型P(AA-co-MAA)/Laponite纳米复合水凝胶。这类凝胶的功能性表现为良好的粘结性能,其剥离强度可以通过改变Laponite的含量单体组成中丙烯酸的含量以及丙烯酸和甲基丙烯酸的总量来改变,同时改变其预聚合溶液的pH值也可以起到改变凝胶粘结性能的目的。同时为了提高纳米复合水凝胶的机械强度,还以丙烯酰胺和丙烯酸为单体,采用原位自由基共聚的方法,使用Laponite对这两种单体进行交联得到功能性P(AAm-co-AA)/Laponite纳米复合水凝胶,同时研究了Laponite含量、单体组成中丙烯酰胺的含量以及丙烯酰胺和丙烯酸的总量等对纳米复合水凝胶流变性能的影响。本文的创新性在于首次以甲基丙烯酸为单体,来合成功能性的纳米复合水凝胶,并且首次使用其它的单体与甲基丙烯酸共聚,来改善原有体系的温敏性和粘结性。研究首次发现,单以甲基丙烯酸为单体合成的水凝胶同时具有一定的pH以及温度的敏感性,使用丙烯酰胺与其共聚后其pH以及温度敏感性可以得到进一步改善。单以甲基丙烯酸为单体合成的水凝胶具有一定的粘结性,但使用丙烯酸与其共聚后其粘结性能得到了明显的提高。
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