高性能聚丙烯酸镁基水凝胶的制备及性能研究

发布时间：2021-09-24 21:34

　　聚丙烯酸镁是一种具有优异机械性能和耐热老化性聚丙烯酸盐水凝胶材料,但其吸水保水性较差、重复吸水能力低的缺陷限制了在农林保水、建筑材料等领域的推广应用。通过可控合成双交联结构或半互穿网络结构的聚丙烯酸镁复合水凝胶,不但能克服吸水保水等性能缺陷,还能提升其机械性能,从而得到兼具优异吸水保水性和机械性能的聚丙烯酸镁复合水凝胶材料。本文首先以丙烯酸镁为单体,过硫酸钠-硫代硫酸钠作为氧化还原引发体系,通过自由基聚合方法制备得到聚丙烯酸镁水凝胶,研究获得了较优的制备工艺:丙烯酸镁40wt%、过硫酸钠0.25wt%、引发剂还原剂比例1:1,该条件下所制备的聚丙烯酸镁水凝胶具备一定的自愈性,12h之后拉伸性能可恢复约60%。在此基础上,引入丙烯酸钠为共聚单体,N,N’-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）为共价交联剂,制备聚丙烯酸镁/丙烯酸钠（PAMgA/PASA）双交联水凝胶,并研究分析了水凝胶的微观结构、吸水保水性以及机械性能。结果表明,MBA作用下丙烯酸镁和丙烯酸钠形成了双交联结构的共聚水凝胶,离子配位和共价键的相互作用使得水凝胶材料断裂面粗糙,提高了水凝胶在失水后维持网络结构的能力。当丙烯酸钠用量为20... 

【文章来源】：华东理工大学上海市 211工程院校 教育部直属院校

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【学位级别】：硕士

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图１．２浸泡法二次交联水凝胶??

件的变化进行收缩或??膨胀的响应又可以分为刺激响应水凝胶和传统型水凝胶。根据刺激的不同，水凝胶又可??以分为物理响应水凝胶和化学响应水凝胶。物理刺激包括温度、压力、光、电尝磁场??和声音，而化学刺激包括ｐＨ、洛剂性质、溶液离丫？强度和分子种类。随养外部环境的变??化，刺激响应水凝胶溶胀或消胀的程度可能会非常剧烈，表现出体积坍塌或相变行为｜Ｕ￣??１５］??Ｏ??化学刺激?物理刺激??ｐＨ?温度??离子强度?ｉＵ场??溶剂姐成?磁场??分子种类?光??压力??声音??图２．１外界环境变化的类型??Ｆｉｇ．２．１?Ｔｙｐｅｓ?ｏｆ?ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ?ｃｈａｎｇｅ??２．１．３水凝胶吸水机理??水凝胶是一种具有特殊用途的功能性聚合物，其中的高吸水性树脂（ＳＡＰ）甚至可??以吸收超过自身重量上千倍的水分。相对于传统的吸水材料，例如脱脂棉、桂胶、海绵??

??键作用紧密结合在一起，将大量水分子固定在三维网格中，这是水凝胶具有保水能力的??关键，即便受到外力作用，水分也难以逃脱。??吸水前，高分子链段聚集在一起，水凝胶整体上呈现一种收缩紧绷状态；吸水后，??分子链逐渐打开，三维网络扩张，大量水分子在亲水基团的吸引下开始进入水凝胶内部，??以上是非离子型水凝胶的基本吸水步骤。而离子型水凝胶中的亲水性基团在水的作用下??进一步电离成阴离子和阳离子，而其中阴离子固定在分子链上，可移动的阳离子游离于??网络内部，为了保持水凝胶整体的电中性，如图２．２所示。??ａ—??十??斗??图２．２水凝胶的吸水过程??Ｆｉｇ．２．２?Ｓｗｅｌｌｉｎｇ?ｂｅｈａｖｉｏｒ?ｏｆ?ｈｙｄｒｏｇｅｌ??随着电离程度的增加，阴离子浓度逐渐增加，静电斥力使网络结构不断扩张，可容??纳的水分子数量增加；另一方面，网络内部的阳离子浓度也在逐渐升高，与外部水溶液??形成渗透压差，促使水分子进一步向网络内部扩散。随着水凝胶网络内部水分的增加，??网络内外渗透压差逐渐减小，同时因为交联点的存在，分子链段存在束缚力，网络结构??不能无限扩张，当分子链的束缚力与静电排斥作用力相等时，水凝胶达到吸水溶胀平衡??状态，此时水凝胶的吸水率达到最大值。??Ｆｌｏｒｙ吸水理论［１６］认为水凝胶的吸水能力与水凝胶的网络结构和介质的特性有关，??这种关系表示为式（１－１）。??叫?ｆｅＷ２?＋?（擊）?（１－１）??式（１－１）的分子第一项可以表示为水凝胶网络结构内外的渗透压差，因此相比蒸馏??水，水凝胶盐水溶液中吸水能力较差；第二项可以表示为水凝胶的亲水能力，通常由亲??水基团的数量决定；分母则表示凝胶网络的交联密度，三维

【参考文献】：
期刊论文
[1]可注射乙酰化乙二醇壳聚糖/泊洛沙姆复合水凝胶的制备及药物缓释研究[J]. 李进,候冰娜,韩超越,倪凯,赵梓年,李征征.  材料工程. 2020(05)
[2]高强度聚丙烯酸基黏附水凝胶[J]. 王萌,武腾玲,刘博,崔春燕,杨建海,刘文广.  中国科学:技术科学. 2020(08)
[3]基于氢键和Diels-Alder键双重网络自修复弹性体的合成与性能[J]. 彭燕,侯雨佳,申巧巧,王辉,李刚,黄光速,吴锦荣.  高分子学报. 2020(02)
[4]聚丙烯酸钾/丙烯酰胺水凝胶自由基聚合制备及其强度研究[J]. 孙涵.  云南化工. 2018(11)
[5]聚丙烯酸类互穿聚合物网络高吸水性树脂的合成[J]. 刘丽君,张含,张雪莹,蔡荔葵,范光碧,郭敏杰.  天津科技大学学报. 2018(02)
[6]Multi-bond Network Hydrogels with Robust Mechanical and Self-healable Properties[J]. Xiao-ying Liu,Ming Zhong,Fu-kuan Shi,Hao Xu,谢续明.  Chinese Journal of Polymer Science. 2017(10)
[7]多价金属离子增强琼脂-聚丙烯酸复合双网络水凝胶及其自修复性能[J]. 杨倩,李学锋,龙世军,袁亚.  复合材料学报. 2017(07)
[8]聚丙烯酸盐-丙烯酰胺水凝胶的制备及对重金属离子吸附性能的研究[J]. 刘宛宜,杨璐泽,于萌,刘淼.  分析化学. 2016(05)
[9]辉光放电电解等离子体法制备VMT/P（AMPS-co-AA）复合高吸水树脂[J]. 陆泉芳,庞二牛,俞洁,张海涛,李芸.  精细化工. 2015(03)
[10]埃洛石纳米管改性复合吸水材料的耐盐性能与凝胶强度[J]. 蔡力锋,王春丽,李章良,黄建辉.  化工新型材料. 2015(02)

硕士论文
[1]离子交联高强度刺激响应水凝胶的制备与性能研究[D]. 谷恒.华南理工大学 2019
[2]海藻酸盐基水凝胶的制备及其性能研究[D]. 秦承玲.东华大学 2017
[3]丙烯酸—丙烯酰胺高吸水树脂溶液共聚合成与吸液吸附性能研究[D]. 刘新容.湘潭大学 2006



本文编号：3408488