【摘要】：水凝膠作為軟濕的智能材料,廣泛應用于組織工程、藥物遞送等領域。然而缺乏足夠的機械性能,限制了水凝膠在一些領域尤其是承重組織修復領域中的應用�；凇盃奚I”理論的雙網(wǎng)絡(double network,DN)水凝膠通過兩個網(wǎng)絡的協(xié)同作用,實現(xiàn)了機械性能大幅度的提高�；贒N策略,我們通過兩步法制備了一種新型的果膠基(pectin)高強度水凝膠。首先,通過丙烯酰胺(AAm)及N,N-亞甲基雙丙烯酰胺的光引發(fā)自由基聚合反應制得了pectin/PAAm單網(wǎng)絡(single network)水凝膠;其次,引入三價鐵離子,使其與果膠鏈上的羧基進行配位反應而實現(xiàn)果膠分子鏈間的交聯(lián),并得到pectin-Fe~(3+)/PAAm DN水凝膠。實驗過程中,詳細研究了交聯(lián)劑用量,浸泡時間,固含量,Fe~(3+)濃度以及兩種網(wǎng)絡組分的配比等條件對所得水凝膠的力學性能的影響,得出了DN水凝膠制備的最佳工藝參數(shù),所得pectin-Fe~(3+)/PAAm DN水凝膠的拉伸強度達到0.9MPa,斷裂伸長率為1300%,彈性模量為1.46MPa,韌性高達7.82MJ/m~3,斷裂能為3785J/m~2,平衡水含量在85%以上。通過循環(huán)負載-卸載過程中對pectin-Fe~(3+)/PAAm DN水凝膠力學性能的跟蹤檢測,提出了DN水凝膠的增韌機理,即第一網(wǎng)絡解交聯(lián)用以損耗能量,第二網(wǎng)絡提供彈性,橋接裂紋,維持凝膠結構穩(wěn)定。在此基礎上,將磁性四氧化三鐵納米粒引入到DN水凝膠中,在不削弱原有機械性能的情況下賦予水凝膠磁響應性。結果表明,所制備的四氧化三鐵納米粒晶型為尖晶型,粒徑范圍為10~19nm,展現(xiàn)出良好的超順磁特性。同時所制備的磁性DN水凝膠不僅僅具有高的力學性能,而且也展現(xiàn)了極好的超順磁特性。研究結果將為高強度水凝膠的設計及應用提供實驗依據(jù)。
【圖文】：

圖 1-1 輪烷及滑環(huán)水凝膠結構示意圖（a.聚輪烷，b.滑環(huán)水凝膠）[33,Fig 1-1 Schematic diagram of polyrotaxane and slide-ring hydrogel (a. polyrotaslide-ring hydrogel)[33, 46]常規(guī)制備化學水凝膠的方法多采用交聯(lián)劑，分散不均勻的交聯(lián)點會分為長短不一的鏈段。當有外界應力存在時，短鏈上的應力集中則斷裂。一種新型的滑環(huán)水凝膠，具有超分子結構的拓撲特征，能夠聯(lián)點固定的問題。2001 年 Okumura 和 Ito[8]首次制備了典型的滑環(huán)輪烷水凝膠。如圖 1-1 所示，該水凝膠包含大分子的聚乙二醇（PE構的 α-環(huán)糊精（α-CD），其中較大體積的烷基封端的 PEG 鏈作為 α-CD 嵌套在線性 PEG 骨架鏈上，通過交聯(lián)不同的聚輪烷上的 α-C得到了 8-型 交聯(lián)環(huán)結構。因此在該水凝膠中，PEG 聚合物鏈既交聯(lián)成為化學凝膠，也不具有類似于物理水凝膠的相互吸引作用，-型 的交聯(lián)結構拓撲相連接。因此，這種特殊結構的存在，，當有外，水凝膠中的聚合物鏈段就像 滑環(huán) 一樣，自由穿過 8-型 的

圖 1-2 Tetra-PEG 水凝膠的構建[7, 31]Fig 1-2 Construction of Tetra-PEG hydrogel[7, 31]2008 年，東京大學的 Sakai[7]制備了分別由氨基封端和活性酯-PEG 兩種結構類似的四面體大分子單體。該類單體尺寸相同，結將二者混合，制備出特殊結構的 Tetra-PEG 水凝膠。由于每種四面?zhèn)�端基基團可以與對應的端基官能團反應，所以在反應過程中兩種替反應（如圖 1-2 所示），從而避免了自反應。兩種大分子單體均物相容性，所制得的水凝膠壓縮強度遠高于同等濃度下制備的瓊脂聚丙烯酰胺水凝膠的強度。此外，在預聚物濃度達到 C*和 2C*或代表大分子重疊濃度），實現(xiàn)壓縮性能最為優(yōu)良，表明了凝膠內(nèi)部絡結構。而且，通過調(diào)控 PEG 的臂長，改變交聯(lián)點的長短，可以能的調(diào)控。
【學位授予單位】：天津大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O648.17

【參考文獻】

相關期刊論文 前1條

1 王雪珍;汪輝亮;;具有規(guī)整結構和高強度的水凝膠研究進展[J];高分子通報;2008年03期

相關碩士學位論文 前4條

1 向雙飛;高強度水凝膠的結構設計及性能研究[D];江南大學;2017年

2 劉雪姣;基于雙網(wǎng)絡增韌機理的水凝膠制備與性能研究[D];長春工業(yè)大學;2016年

3 姜玉俊;果膠負載納米零價鐵去除水中六價鉻的研究[D];太原理工大學;2015年

4 陳偉科;高強度超拉伸水凝膠的制備[D];華南理工大學;2015年

本文編號：2636565