高弹性聚丙烯酰胺水凝胶的制备

发布日期：2018-04-09 10:04:18 浏览次数：381

为了提高水凝胶的弹性性能, 采用微凝胶法制备了高弹性的聚丙烯酰胺水凝胶.先采用沉降聚合法制备了聚丙烯酰胺微凝胶，再以此充当交联剂代替传统的化学交联剂和引发剂，制备了高机械性能的聚丙烯酰胺水凝胶.同时探讨了丙烯酰胺浓度、凝胶成型温度、微凝胶与水的体积比对聚丙烯酰胺水凝胶弹性性能的影响.结果表明：随着丙烯酰胺的浓度的增大，凝胶柱的弹性模量变大；随微凝胶成型温度越高，形成的水凝胶的弹性模量越小；当微凝胶与水的体积比为1︰1时，水凝胶的弹性模量较大，增加或减少微凝胶的量均会使得水凝胶的弹性模量变小.

聚丙烯酰胺具有典型的三维网络结构、无毒副作用、性能稳定，被广泛应用于生物水凝胶的制备，如蛋白质分离、药物释放、土壤改良剂等.由于聚丙烯酰胺水凝胶的机械强度较低，使其在强度要求相对较高的领域，如人工肌肉骨骼、记忆开关元件、机械传动装置及生物传感器等的应用受到很大的限制.传统的提高水凝胶机械强度的方法有增加交联密度、降低凝胶溶胀度、引入纤维状增强剂、制备互穿网络等，但操作较繁琐，或对水凝胶的机械性能的改善能力有限，或改变了聚丙烯酰胺其本身的性能，使聚丙烯酰胺水凝胶应用受限.

传统的凝胶以亚甲基双丙烯酰胺为化学交联剂来制备.近年来，诸多研究者按此模式，通过构建聚合物的交联来改变水凝胶的机械强度，如构建拓扑结构[8]、双网络结构、复合结构，及加入纳米凝胶作为交联剂制备水凝胶[13-15]等.利用活性纳米粒子如锂皂石、氧化石墨烯、离子、二氧化硅、粘土、活性纳米凝胶等代替传统的交联剂来制备水凝胶，虽能大大提高水凝胶的机械性能，但过程复杂，影响因素不易控制，成本增加.

利用材料自身形成微凝胶作为交联剂制备高弹的水凝胶，由于没有其他粒子的加入，制备的凝胶成分更纯，性能更易控制，且制备过程简易、方便，具有很强的实用性.制备微凝胶的方法较多，采用反相微乳液聚合法、自组装辅助聚合法、光聚合法，采用微凝胶制备高弹性聚丙烯酰胺水凝胶，为简化实验操作，采用沉降聚合法，并探讨了丙烯酰胺的浓度、凝胶成型温度、微凝胶与水的比例等因素对聚丙烯酰胺水凝胶弹性性能的影响，以期获得制备高弹性聚丙烯酰胺水凝胶的相关条件，为开发高弹性聚丙烯酰胺的新应用奠定基础.

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