基于有机金属配位键构建功能高分子网络结构及性能研究

发布时间：2020-04-24 05:40

【摘要】：生物组织为高性能材料的设计和制备提供了许多启发,尤其是高性能高分子材料。仿生高分子的设计主要包括模仿生物体的结构和性能,制备出具有类生物组织结构和性能的功能高分子材料。本论文主要通过有机金属配位构筑仿珍珠层的高强度高分子膜材料和具有自修复能力的高分子水凝胶材料。具体内容分为以下四个部分:第一部分,选择含有羧基基团的海藻酸钠和羧基功能化壳聚糖,通过金属离子配位交联,制备了一系列天然高分子-金属离子水凝胶材料;然后,通过水蒸发干燥的方法制备具有类珍珠层结构的天然高分子-金属离子膜材料。通过结构和力学性能研究,证明了所制备的高分子膜材料不仅具有规整的层状结构,同时还具有较高的力学强度。在此基础上,我们进一步分析讨论了层状结构的形成机理,开发出一种可用于制备类珍珠层结构高分子材料的凝胶-干燥法。第二部分,在天然高分子基质中引入具有优异性能的氧化石墨烯纳米片层,通过金属离子配位交联和凝胶-干燥法,制备了一系列氧化石墨烯增强的类珍珠层复合膜。纳米片状石墨烯的引入,一方面提高了纳米层状的规整性,另一方面提高了高分子复合膜的机械性能。同时,由于石墨烯优异的导热性能,所制备的海藻酸钠/氧化石墨烯和黄原胶/氧化石墨烯复合膜表现出优异的导热性能。由于天然高分子链结构的特异性,所制备的高分子复合膜还具有一定的形态记忆功能。与传统类珍珠层高分子复合膜制备方法相比,本文所制备的金属离子配位交联复合膜具有较高的稳定性。第三部分,仿造生物体自愈合的性能,通过金属离子配位交联制备了具有优异力学性能和修复性能的高分子自修复水凝胶。自修复水凝胶的构筑主要是通过动态非共价金属离子配位交联和双网络结构的设计,其中一个网络是由配体分子扩链的聚乙二醇(PEG)通过金属离子配位交联形成,另外一个网络主要是通过聚丙烯酸上的羧基基团与金属离子配位交联形成。首先采用吡啶配体小分子对PEG分子链进行扩链,成功制备出含有配体单元的PEG扩链高分子;然后通过自由基聚合成功制备出具有优异性能的自修复PEG/PAA双网络水凝胶。所制备的双网络水凝胶具有较高的拉伸强度(0.4 MPa)和断裂伸长率(1560%)。并且,在室温条件下PEG/PAA双网络水凝胶显示出完全修复的能力。此外,制备的PEG/PAA双网络水凝胶还具一定的导电性(0.042 S cm~(-1))和拉伸敏感性。最后一个部分,我们采用甘氨酸小分子对端基环氧功能化的PEG分子链进行扩链,成功制备出含有羧基基团的PEG扩链高分子,然后通过自由基聚合成功制备出具有优异性能的PEG/PAMAA双网络水凝胶。该水凝胶同样表现出优异的力学强度和自修复性能,同时还表现出一定的导电性和力学敏感性。因此,所制备的双网络水凝胶在生物传感器、可穿带电子器件和智能机器人等领域具有潜在的应用价值。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O641.4

【参考文献】