pH振荡反应驱动的双层水凝胶自主可逆弯曲响应研究

发布时间：2020-06-08 06:20

【摘要】：形变智能高分子的自主响应性对仿生智能材料的发展具有重要意义,针对目前形变智能高分子不能实现自主、循环弯曲-伸展形变的难题,本文以化学振荡反应为刺激源,以双层凝胶为对象,基于水凝胶的响应性差异,设计、合成具有自主、循环、可逆弯曲-伸展形变的智能高分子体系。(1)分别制备了具有不同pH刺激响应性的聚(丙烯酸-co-N,N-二甲基丙烯酰胺)水凝胶(P(AA-co-DMA)gel)和聚N,N-二甲基丙烯酰胺纳米复合水凝胶(PDMA NC gel)。考察了单体浓度、单体摩尔比对P(AA-co-DMA)gel的拉伸性能的影响以及单体摩尔比和pH值对其响应性能的影响;同时,考察了SiO_2的含量对PDMA NC gel的拉伸性能的影响以及不同pH值的缓冲溶液对水凝胶响应性能的影响。(2)利用P(AA-co-DMA)gel中的PDMA高分子链与PDMA NC gel中的SiO_2之间的氢键作用实现水凝胶间的组装,并且考察SiO_2的含量对凝胶间粘结性能的影响。进一步探究外界pH值和P(AA-co-DMA)gel的单体摩尔比对水凝胶弯曲形变的影响。制备一系列的双层或多层水凝胶驱动器,在不同的溶液中完成指定的弯曲动作,例如“拱桥”、仿“八爪鱼”运动,“花瓣”以及空心结构的“长方体”-“南瓜”。(3)在连续流动搅拌反应器中,构建Na_2S_2O_4-H_2O_2(HPD)pH振荡体系,探究流速、温度、搅拌速率对振荡体系的振荡周期、振荡幅度、高pH值以及低pH值持续时间的影响。结合具有pH响应性差异的P(AA-co-DMA)-PDMA NC双层水凝胶,构建了水凝胶的自主、循环、可逆弯曲体系。
【图文】：

湖南理工学院硕士学位论文 第1章 绪 论下，凝胶产生不连续膨胀；撤去紫外光，凝胶收缩。1.2 高力学性能水凝胶由于智能水凝胶优异的力学性能有利于水凝胶在软驱动器和传感器等领域的应用，而吸引许多专家学者致力于提高水凝胶材料的力学性能。现阶段，高力学性能水凝胶主要有以下几种：纳米复合水凝胶[31-45]，双网络水凝胶[46-52]，拓扑水凝胶[53,54]，大分子微球复合水凝胶[55-57]，两性聚电解质水凝胶[58-60]。1.2.1 纳米复合水凝胶纳米复合水凝胶（Nanocomposite gel，简称 NC 凝胶）是由 Haraguchi 首次制备报道的。该类水凝胶一般是单体在纳米颗粒的水分散液中原位聚合而成。常用的纳米粒子包括氧化石墨烯[31-34]、粘土 Laponite（锂藻土）[35-40]、二氧化硅[41,42]、二氧化钛[43]、纳米碳管[44,45]在水凝胶的网络中，纳米粒子会与高分子链间相互作用形成独特的有机/无机交联结构。

onite（锂藻土）[35-40]、二氧化硅[41,42]、二氧子会与高分子链间相互作用形成独特的图 1-1 NC 水凝胶网络结构示意图[43]为单体，以 N,N’-亚甲基双丙烯酰胺为化合，制备出 PAA-clay-BIS 纳米复合水凝提高水凝胶的拉伸强度和拉断伸长率。度约为 0.05 MPa，加入纳米粘土后，（A3 的 6 倍；而且断裂伸长率也远高于之前
【学位授予单位】：湖南理工学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ427.26;TB391

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本文编号：2702672