天然高分子多糖双网络自愈合水凝胶的制备与性能研究
发布时间：2021-06-06 22:05
水凝胶是一类以水为分散介质的高分子网络体系,由于其高亲水性和生物相容性而在许多领域中得到应用,例如药物输送、组织工程、传感器和执行器等。传统的水凝胶在使用时容易损坏,因而制备具有自愈合能力的水凝胶具有重要意义。目前自愈合水凝胶的研究主要以设计功能性单体为主,这类凝胶的力学性能优异但往往需要复杂的化学改性或引入非天然的大分子组分,这大大限制了自愈合水凝胶的应用。为了解决这一问题,本论文选择了两种新颖的天然高分子多糖作为自愈合水凝胶的网络主体。同时,为了提高自愈合水凝胶的力学性能,在其原有网络的基础上引入另一层网络以构建双网络（DN）水凝胶体系。具体研究内容如下:（1）首先在硼砂溶液中引入刺槐豆胶（LBG）和结冷胶（Gg）粉末,由于LBG能和硼酸根离子络合形成硼酸酯键,能赋予水凝胶自愈合性能。接着,当水凝胶冷却到室温时,Gg分子链之间能依靠氢键形成双螺旋结构从而制得LBG/Gg DN水凝胶。红外证明了凝胶中硼酸酯键和氢键的形成。拉伸实验表明Gg的引入能够大幅提升凝胶的力学性能,当LBG,Gg和硼砂分别添加4 wt%,1.5 wt%和0.2 wt%时凝胶达到了最好的自愈合和力学性能,其拉伸强...
【文章来源】：浙江工业大学浙江省
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
White等人提出的微胶囊愈合原理:（a）裂纹的形成；（b）裂纹使微囊破裂，通过毛细作用将愈合剂释放到裂纹平面中；（c）固化剂与催化剂接触并引发聚合反应[15]
天然高分子多糖双网络自愈合水凝胶的制备与性能研究3图1-2载有环氧树脂（a）和固化剂（b）的微胶囊扫描电镜图[16]Figure1-2.SEMimagesofepoxy(a)andhardener(b)-loadedmicrocapsules[16]虽然微胶囊体系自提出以来已经得到了很大的完善，但仍然有着不少缺点。一是填充的愈合剂含量有限，用完后材料就失去了愈合能力；二是这类修复主要是以重新发生聚合反应来实现的，这对材料本身的性能有很大的影响。与外援型自愈合不同，本征型自愈合不用填充愈合剂。本征型自愈合是依靠材料自身所含有的物理或化学的可逆反应来实现自愈合的，因而可以对材料实行多次修复，大大延长了材料的使用寿命。材料的这些可逆反应来源于动态共价键或非共价键，两者统称为超分子化学，其最早是由Lehn[18]提出的。含有超分子作用的水凝胶具有自愈合能力，当一块水凝胶被切断并将断面拼在一起后，断面上的分子链发生扩散从而相互缠绕，在一定的外界刺激（光、热、pH等）或者无需刺激下聚合物分子链的动态化学键能重新生成从而完成对凝胶的修复。目前应用于自愈合水凝胶的超分子作用包括非共价键和动态共价键，如图1-3[19]所示。其中非共价键包括氢键作用、亲疏水作用、离子键、主客体作用等；动态共价键包括硼酸酯键、亚胺键、二硫键、酰腙键和Diels-Alder反应等。图1-3常见的本征型自修复体系[19]Figure1-3.Differenttypesofintrinsicself-healingsystems[19]
天然高分子多糖双网络自愈合水凝胶的制备与性能研究3图1-2载有环氧树脂（a）和固化剂（b）的微胶囊扫描电镜图[16]Figure1-2.SEMimagesofepoxy(a)andhardener(b)-loadedmicrocapsules[16]虽然微胶囊体系自提出以来已经得到了很大的完善，但仍然有着不少缺点。一是填充的愈合剂含量有限，用完后材料就失去了愈合能力；二是这类修复主要是以重新发生聚合反应来实现的，这对材料本身的性能有很大的影响。与外援型自愈合不同，本征型自愈合不用填充愈合剂。本征型自愈合是依靠材料自身所含有的物理或化学的可逆反应来实现自愈合的，因而可以对材料实行多次修复，大大延长了材料的使用寿命。材料的这些可逆反应来源于动态共价键或非共价键，两者统称为超分子化学，其最早是由Lehn[18]提出的。含有超分子作用的水凝胶具有自愈合能力，当一块水凝胶被切断并将断面拼在一起后，断面上的分子链发生扩散从而相互缠绕，在一定的外界刺激（光、热、pH等）或者无需刺激下聚合物分子链的动态化学键能重新生成从而完成对凝胶的修复。目前应用于自愈合水凝胶的超分子作用包括非共价键和动态共价键，如图1-3[19]所示。其中非共价键包括氢键作用、亲疏水作用、离子键、主客体作用等；动态共价键包括硼酸酯键、亚胺键、二硫键、酰腙键和Diels-Alder反应等。图1-3常见的本征型自修复体系[19]Figure1-3.Differenttypesofintrinsicself-healingsystems[19]
【参考文献】：
期刊论文
[1]The design,mechanism and biomedical application of self-healing hydrogels[J]. Qiwen Li,Chenlu Liu,Junru Wen,Yongzhi Wu,Yue Shan,Jinfeng Liao. Chinese Chemical Letters. 2017(09)
本文编号：3215225
【文章来源】：浙江工业大学浙江省
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
White等人提出的微胶囊愈合原理:（a）裂纹的形成；（b）裂纹使微囊破裂，通过毛细作用将愈合剂释放到裂纹平面中；（c）固化剂与催化剂接触并引发聚合反应[15]
天然高分子多糖双网络自愈合水凝胶的制备与性能研究3图1-2载有环氧树脂（a）和固化剂（b）的微胶囊扫描电镜图[16]Figure1-2.SEMimagesofepoxy(a)andhardener(b)-loadedmicrocapsules[16]虽然微胶囊体系自提出以来已经得到了很大的完善，但仍然有着不少缺点。一是填充的愈合剂含量有限，用完后材料就失去了愈合能力；二是这类修复主要是以重新发生聚合反应来实现的，这对材料本身的性能有很大的影响。与外援型自愈合不同，本征型自愈合不用填充愈合剂。本征型自愈合是依靠材料自身所含有的物理或化学的可逆反应来实现自愈合的，因而可以对材料实行多次修复，大大延长了材料的使用寿命。材料的这些可逆反应来源于动态共价键或非共价键，两者统称为超分子化学，其最早是由Lehn[18]提出的。含有超分子作用的水凝胶具有自愈合能力，当一块水凝胶被切断并将断面拼在一起后，断面上的分子链发生扩散从而相互缠绕，在一定的外界刺激（光、热、pH等）或者无需刺激下聚合物分子链的动态化学键能重新生成从而完成对凝胶的修复。目前应用于自愈合水凝胶的超分子作用包括非共价键和动态共价键，如图1-3[19]所示。其中非共价键包括氢键作用、亲疏水作用、离子键、主客体作用等；动态共价键包括硼酸酯键、亚胺键、二硫键、酰腙键和Diels-Alder反应等。图1-3常见的本征型自修复体系[19]Figure1-3.Differenttypesofintrinsicself-healingsystems[19]
天然高分子多糖双网络自愈合水凝胶的制备与性能研究3图1-2载有环氧树脂（a）和固化剂（b）的微胶囊扫描电镜图[16]Figure1-2.SEMimagesofepoxy(a)andhardener(b)-loadedmicrocapsules[16]虽然微胶囊体系自提出以来已经得到了很大的完善，但仍然有着不少缺点。一是填充的愈合剂含量有限，用完后材料就失去了愈合能力；二是这类修复主要是以重新发生聚合反应来实现的，这对材料本身的性能有很大的影响。与外援型自愈合不同，本征型自愈合不用填充愈合剂。本征型自愈合是依靠材料自身所含有的物理或化学的可逆反应来实现自愈合的，因而可以对材料实行多次修复，大大延长了材料的使用寿命。材料的这些可逆反应来源于动态共价键或非共价键，两者统称为超分子化学，其最早是由Lehn[18]提出的。含有超分子作用的水凝胶具有自愈合能力，当一块水凝胶被切断并将断面拼在一起后，断面上的分子链发生扩散从而相互缠绕，在一定的外界刺激（光、热、pH等）或者无需刺激下聚合物分子链的动态化学键能重新生成从而完成对凝胶的修复。目前应用于自愈合水凝胶的超分子作用包括非共价键和动态共价键，如图1-3[19]所示。其中非共价键包括氢键作用、亲疏水作用、离子键、主客体作用等；动态共价键包括硼酸酯键、亚胺键、二硫键、酰腙键和Diels-Alder反应等。图1-3常见的本征型自修复体系[19]Figure1-3.Differenttypesofintrinsicself-healingsystems[19]
【参考文献】：
期刊论文
[1]The design,mechanism and biomedical application of self-healing hydrogels[J]. Qiwen Li,Chenlu Liu,Junru Wen,Yongzhi Wu,Yue Shan,Jinfeng Liao. Chinese Chemical Letters. 2017(09)
本文编号：3215225
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