【摘要】：形狀記憶水凝膠(Shape Memory Hydrogel,簡稱SMH),是一類可以“記憶”永久形狀,在一定條件下能夠固定臨時(shí)形狀,最終再回到原始形狀的智能多功能性水凝膠,結(jié)合了形狀記憶材料的智能性和水凝膠的柔軟性、生物相容性,在現(xiàn)在和未來的生物、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域,有很大的發(fā)展空間。由于水凝膠高含水量的特性,在設(shè)計(jì)形狀記憶時(shí),更多借助于動(dòng)態(tài)/可逆的共價(jià)鍵或者非共價(jià)化學(xué),如疏水締合作用、金屬-配體作用、偶極-偶極作用、主客體作用、氫鍵等。本文中,我們主要利用氫鍵作用來設(shè)計(jì)并嘗試制備形狀記憶水凝膠。聚乙烯醇(PVA)分子含有很多羥基,本文首先通過單純的化學(xué)交聯(lián)制備聚乙烯醇水凝膠,嘗試?yán)镁垡蚁┐挤肿渔滈g形成的氫鍵作為可逆相,制備聚乙烯醇形狀記憶水凝膠并研究其形狀記憶性能,結(jié)果發(fā)現(xiàn)并不能固定臨時(shí)形狀;之后將水凝膠通過“冷凍-解凍”,使分子鏈間形成的氫鍵數(shù)目變多,形成類似于結(jié)晶的“微晶”區(qū),成功制備形狀記憶水凝膠;利用殼聚糖通過簡單的“一鍋法”制備具有熒光性質(zhì)的碳量子點(diǎn)溶液;探討了交聯(lián)劑濃度對(duì)水凝膠性能的影響;選擇合適的交聯(lián)劑濃度,將碳量子點(diǎn)和制備的水凝膠通過物理復(fù)合,得到具有發(fā)光性能的形狀記憶水凝膠。該水凝膠在波長為365nm的紫外燈照射下有很強(qiáng)的熒光性能;聚乙烯醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%、冷凍時(shí)間為6h、交聯(lián)劑濃度為0.25%時(shí),形狀記憶固定率(Rf)和回復(fù)率(Rr)都達(dá)到90%以上;“冷凍-解凍”的次數(shù)增加,水凝膠的固定率也隨之增加。為獲得更強(qiáng)的氫鍵相互作用,本文通過2-氨基-4-羥基-6-甲基嘧啶酮(MIS)和甲基丙烯酸-2-氰基乙酯(ICEMA)的反應(yīng)制備了2-脲基-4[1H]-嘧啶酮甲基丙烯酸甲酯(UPyMA);因UPyMA分子間能夠形成很強(qiáng)的四重氫鍵作用,再將UPyMA、N,N-二甲基丙烯酰胺(DMA)和N,N’-亞甲基雙丙烯酰胺(MBA),通過自由基聚合,制備出熱響應(yīng)形狀記憶水凝膠。通過傅里葉紅外光譜儀(ATR-FTIR)、全數(shù)字化核磁共振波譜儀(1H-NMR)對(duì)2-脲基-4[1H]-嘧啶酮甲基丙烯酸甲酯(UPyMA)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征,證明2-脲基-4[1H]-嘧啶酮甲基丙烯酸甲酯(UPyMA)被成功制備;初步探討了交聯(lián)劑濃度對(duì)形狀記憶性能的影響;在交聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%時(shí),詳細(xì)討論了UPyMA含量對(duì)水凝膠的含水量、機(jī)械強(qiáng)度、形狀記憶性能的影響。UPyMA質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大,含水量越低,當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%時(shí),含水量為50%;隨著UPyMA含量的增加,氫鍵數(shù)目增加,固定率增加,當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%時(shí),固定率和回復(fù)率都在90%以上;同時(shí)討論了溫度對(duì)形狀記憶固定率(Rf)和回復(fù)率(Rr)的影響,轉(zhuǎn)變溫度越高,固定率越高;變形溫度一樣時(shí),固定溫度越低,固定率越高。對(duì)熱響應(yīng)形狀記憶材料來說,除了直接加熱外,常用光照來誘導(dǎo)產(chǎn)熱進(jìn)而刺激形狀回復(fù)。通過對(duì)水的紫外可見近紅外分析,發(fā)現(xiàn)水在~1454nm出有一強(qiáng)吸收峰,定制對(duì)應(yīng)波長(1467.6nm)的激光器,以水作為光熱轉(zhuǎn)換材料,通過激光照射誘導(dǎo)水產(chǎn)熱進(jìn)而刺激形狀記憶水凝膠的形狀回復(fù)。探討了激光器功率對(duì)水凝膠溫度的影響,對(duì)同一水凝膠,功率越大,相同時(shí)間內(nèi)水凝膠溫度上升越快;討論了含水量對(duì)水凝膠溫度的影響,對(duì)含不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)(20%、30%、40%、50%)UPyMA的水凝膠來說,回復(fù)率為50%時(shí),照射時(shí)間隨UPyMA含量的增加而增加,分別為30s、50s、62s、87s;回復(fù)到原始形狀所需時(shí)間隨UPyMA含量的增加而增加,分別為60s、90s、105s、150s。
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【學(xué)位授予單位】：江南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：O648.17

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2391105