基于聚乙烯醇的功能性强韧水凝胶材料

发布时间：2021-10-05 05:41

　　水凝胶具有含水量高、生物兼容性好、孔隙率大等优点,是最接近生物软组织的湿软材料,因此在生物医学、植入医疗器械等领域有着广泛的应用。近些年,为了让水凝胶能够作为结构性基质材料,水凝胶的力学性能引起了广泛的研究。虽然一些强韧性水凝胶材料已被陆续开发出来,但不同的应用场景对水凝胶的力学响应行为有特异性要求。因此,实现水凝胶的力学响应行为的理性设计具有重要的现实与科学意义。另外,在实际应用中,除了需要考虑水凝胶的力学性能,从应用角度出发赋予其特殊功能性也十分重要。如软电子学和传感器等领域,需要水凝胶具有导电的特性。而像生物医用材料、驱动器等领域,需要水凝胶能对不同刺激性做出响应,如形状可编程的智能材料。因此,如何采用有效的策略,设计和构建功能性强韧水凝胶,一直是高分子水凝胶领域的研究重点。目前,大部分水凝胶不能将优异的机械性能与导电性或形状记忆效应等功能性很好的整合在一起。例如:对于导电水凝胶而言,现有的导电水凝胶的机械强度相对较低,目前提高机械性能的策略主要是采用不导电的柔性基质。然而,由于引入的非导电聚合物基质占据了很大一部分空间,这可能会导致导电性能的下降,并且还涉及额外的复杂过程。对于... 

【文章来源】：广东工业大学广东省

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

基于氢键相互作用的纯物理交联水凝胶[20,21]

广东工业大学硕士学位论文4图1-2基于聚两性电解质的物理交联水凝胶[23]。Fig.1-2Physicallycross-linkedhydrogelbasedonpolyampholyte[23].（三）疏水相互作用：疏水相互作用具有非饱和以及无方向性，为缔合设计提供了更高的灵活度。驱动疏水分子或分子非极性部分自发聚集而不是溶解在水中的力称为疏水相互作用或聚集[18]。许多物理交联位点（如部分氢键和离子键）在复杂的水溶液环境下的稳定性受限。相对地，疏水相互作用在大型生物系统的形成中起主导作用，故水环境下特有的疏水团簇是实现稳定性的最佳物理交联位点之一[21]。构筑疏水团簇的通用策略是：采用具有亲水性主链和疏水性侧链基团的主体聚合物，在水分子的促进下实现侧链基团的自组装团聚而形成交联位点。目前，大多数疏水缔合水凝胶是由胶束形成，胶束共聚需要疏水性单体溶解在由表面活性剂形成的胶束中。烷基丙烯酸酯（C16-C18）常用来制备具有疏水相互作用的高强度水凝胶。Okay课题组使用丙烯酰胺作为亲水性单体，使用丙烯酸月桂酯作为疏水性单体，获得了非常稳定的疏水缔合水凝胶并表现出形状记忆、可塑性、自愈合等优异性能[24-26]（图1-3）。然而，在胶束共聚合过程中，为了保持疏水单体在水介质中的溶解度，需要大量的表面活性剂。表面活性剂的存在可能会削弱疏水缔合，从而削弱机械强度。Li等人探索了一种新型表面活性剂来制备疏水缔合水凝胶，有望克服表面活性剂的缺点[27]。此外，也有报道采用缩聚或者自由基共聚的方式来制备这类材料[28,29]。图1-3基于疏水相互作用的水凝胶[30]。Fig.1-3Hydrogelbasedonhydrophobicinteraction[30].由于非共价相互作用的引入不仅改善了抗疲劳性与自愈合性的问题，还发现具有

第一章绪论7cm-1。通过改变HPC纤维的浓度和NaCl溶液的浸泡浓度，可以很容易地调节HPC/PVA离子导电水凝胶的机械性能和离子导电率，以适应不同的软组织需求。为了进一步提高水凝胶的离子导电性，可离子化的官能团通常被引入到聚合物网络中[44]，通常被称为聚电解质或两性离子（单体同时具有正电荷和负电荷）网络（如图1-4B所示）。Zhao等人受蜘蛛丝的有序结构和纺丝方式的启发，制备出了具有有序排列聚合物链的导电水凝胶纤维[45]’[46]。图1-4（A）基于小分子盐的离子导电水凝胶[42]；（B）基于聚电解质或两性离子的导电水凝胶[44]。Fig.1-4(A)Ionconductivehydrogelbasedonsmallmoleculesalt[42];(B)Conductivehydrogelbasedonpolyelectrolyteorzwitterion[44].（二）电子导电水凝胶电子导电水凝胶（ECHs）主要包括基于碳材料的复合水凝胶[47,48]、基于金属纳米颗粒的水凝胶[49]和导电聚合物水凝胶（CPGs），下面主要讨论CPGs。导电聚合物通常是一类具有共轭链结构的聚合物，常见的有聚（3,4-乙烯二氧噻吩）（PEDOT）、聚苯胺（PANI）、聚吡咯（PPy）、聚噻吩（PTh）等，经常被用于制备各种功能性电子导电水凝胶。目前，合成导电聚合物水凝胶主要包括两种方式：①不使用任何绝缘聚合物基质的情况下，直接通过掺杂分子交联导电聚合物链以形成三维水凝胶网络。②在预成型水凝胶基质中聚合芳香族单体的方式来制备导电聚合物（图1-5）。

【参考文献】：
期刊论文
[1]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)
[2]水凝胶海洋防污材料研究进展[J]. 董磊,刘永志,贾宁,李昌诚,赵海洲,于良民.  工程塑料应用. 2020(04)
[3]主客体胶束水凝胶的制备及对神经生长因子的包载[J]. 冯俊峰,张晟,柯朵,李帮经,周先礼,黄帅.  高分子材料科学与工程. 2020(03)
[4]用于软骨修复的组织工程水凝胶[J]. 李澜,蒋青.  生命科学. 2020(03)
[5]超分子形状记忆水凝胶研究进展[J]. 简钰坤,路伟,张佳玮,陈涛.  高分子学报. 2018(11)
[6]基于导电聚合物水凝胶材料的高性能柔性固态超级电容器（英文）[J]. 王凯,张熊,孙现众,马衍伟.  Science China Materials. 2016(06)



本文编号：3419113