三维可打印的多重网络水凝胶的研究

发布时间：2020-04-21 00:07

【摘要】：聚丙烯酰胺水凝胶是近年来发展非常迅猛的一种生物材料,在药物释放、石油化工、组织工程等众多领域有着广泛的应用。随着水凝胶的发展,传统的加工成型方式已经无法满足复杂的功能结构的需求,而3D打印技术的迅速发展和成熟,解决了原来加工困难这个难题。因此,制备力学性能优良且适合3D打印的水凝胶尤为重要。本文选用丙烯酰胺、光引发剂、交联剂、海藻酸钠、明胶、氯化钙合成多网络聚丙烯酰胺-天然高分子水凝胶。在体系中,丙烯酰胺通过与交联剂聚合形成一种网络体系,海藻酸钠与氯化钙溶液交联形成第二网络体系,明胶自身的氢键交联作为第三网络体系。同时明胶作为3D打印支撑材料,利用明胶冷凝热溶的特点,采用3D打印技术使其快速成型。所得水凝胶具有多组分、多重作用网络结构。实验采用单一变量法,通过测试水凝胶的拉力、压力、粘度等手段寻求水凝胶的合适配比,讨论结果得出:当明胶含量为20 wt.%,海藻酸钠含量为1.5 wt.%,丙烯酰胺含量为10 wt.%,交联剂含量为0.05 wt.%时,此时水凝胶的力学性能达到最佳,拉伸强度为0.2395 Mpa,压缩强度为1.8915 Mpa,溶胀率为4.96,伸长率为300.0%,粘度为11400 mPa·s。同时实验还发现,当不用氯化钙与海藻酸钠交联时,聚丙烯酰胺-天然高分子水凝胶有一定的自愈性质。海藻酸钠在实验中起到调节粘度的作用,在之前工作基础上,论文研究了自愈性聚丙烯酰胺水凝胶的3D打印合适配比以及力学性能和自愈效果。实验得出:当明胶含量超过30 wt.%时,此时不需要额外添加海藻酸钠来增加体系的粘度,当明胶含量30 wt.%,丙烯酰胺含量10 wt.%,交联剂含量0.05 wt.%时,水凝胶的拉伸强度为0.1796 Mpa,压缩强度为1.7610Mpa,溶胀率为8.50,伸长率为495.5%,粘度为1800 mPa·s。由于水凝胶具有较好的溶胀性能,论文还研究了多网络聚丙烯酰胺-天然高分子水凝胶对亚甲基蓝的吸附效果,并对吸附动力学性能进行了研究,研究表明两部分实验所制得水凝胶均符合准二级动力学模型。
【图文】：

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第 1 章引言3D 打印技术1 3D 打印技术简述几年来，人们常常能听到“3D”这个词，并且常常与高科技联系在 3D 打印。3D 打印也被称为增材制造（AM）和快速成型（RP）续的材料层将三维数字模型变成固体物体。3D 是一种正在经受日数字化技术，引起了研究人员，工业界和公众广泛的兴趣，研究用背景的各个方面, 如医药，美食，，工程，制造，艺术和教育等年 ASTM(美国材料与试验协会)成立的 3D 打印技术委员学会公布的印技术是基于计算机辅助软件（CAD）将产品结构数字化，运用特粉末状金属或塑料等逐层堆积固化来构造物体的技术[1]。由于精度品，操作方便，效率高，3D 打印从全世界受到越来越多的关注。如打印外星人模型[2]。

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打印主流技术印主流技术主要有 FDM（熔融沉积成型）、SLA（光固化性激光烧结）、3DP（三维打印黏结成型）、LOM（分层光处理）等。融沉积成型(Fused Deposition Modeling)作为增材制造技术的一个分支于。FDM 打印的关键要素是挤出工艺，它允许热软化材料积。它主要通过添加连续的一系列熔融或半液体建模材码 3D 对象的软件数字文件转换为真实对象。FDM 打印定直径的细丝[3]。处于印刷状态的建模材料通过具有一定嘴以预调速度推入温控平台。根据物体的尺寸，打印机喷模式（由物体的形状确定）在第一层中移动。通过将喷嘴的距离与层厚度相等来连续印刷打印层。平台的温度通允许印刷材料在每层之间固化[4]。具体技术原理如下图 1
【学位授予单位】：辽宁大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O648.17

【参考文献】