基于非共价键交联的聚丙烯酸导电水凝胶的制备及性能研究

发布时间：2022-01-16 05:47

　　水凝胶作为一种含水的软质材料,通过结构设计可赋予其良好的柔韧性,可拉伸性,生物相容性和导电性^[1-5],在制造柔性传感器方面显示出巨大的潜力,可以被应用于可穿戴器件、机器人电子皮肤和人类健康监测^[6-9]等领域。作为一种柔性传感器,水凝胶除了要具有较好的机械强度和韧性之外,还需要具备一些功能性,如导电性、自愈合性及粘性等等。到目前为止,已经成功地制备了一些水凝胶用做传感器,它们可以对外部刺激做出响应^[10-14]。但是,具有良好力学性能和多种功能性的水凝胶尚不常见,这极大限制了水凝胶在柔性传感器领域的应用。传统的以共价键交联的水凝胶受力后极易破碎,很难具有良好的机械性能,不能作为柔性传感材料进行应用。在水凝胶网络中引入非共价键物理作用是一种有效的提高水凝胶力学性能的方法。常见的非共价键作用包括氢键^[15]、疏水缔合^[16]和离子交联等^[17]。而且这些非共价键的引入还可以赋予水凝胶良好的自愈合性。因此,本论文基于非共价键作用构筑了以聚丙烯酸为主体的离子导电... 

【文章来源】：长春工业大学吉林省

【文章页数】：57 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

具有双物理交联网络的HPAAm-HLP/藻酸盐-Ca2+DN水凝胶的形成

第1章绪论3当水凝胶受到载荷时，应力可以均匀的在网络中分配，而且交联点之间的距离很大，使得水凝胶网络中的高分子链具有更好的流动性，从而赋予纳米复合水凝胶更好的韧性。Wu[59]等人制备了一种简单的NCgel,证明了无机纳粒子对于提高韧性的有效，选用一种焦磷酸钠改性的粘土Clay-S作为交联剂，使用水溶性好的丙烯酰胺（AAm）为单体，MBA为交联剂，所制备的纳米复合水凝胶展现出了惊人的韧性。图1-2纳米粘土与PAAm分子链交联机制1.2.2自愈合水凝胶如今的水凝胶都具备许多优异的性能，但这一切都建立在没有裂纹，不断裂的基础上，所以，水凝胶的自愈合性能显得格外重要。自愈合水凝胶分为化学自愈合和物理自愈合，其中化学自愈合是通过动态共价键来实现的，包括硼-氧键（苯硼酸酯），硫-硫键，碳-氮键，碳-碳/碳-硫键和环乙烯。而物理自愈合是通过分子、寡聚物、聚合物链之间的动态非共价相互作用来实现的，其中动态非共价相互作用包括疏水相互作用、主客体相互作用、氢键、结晶、聚合物-纳米复合相互作用和多种分子间相互作用。所以，凝胶网络的动态平衡是通过物理相互作用或化学键的解离和重组实现的，这意味着凝胶网络中必须存在动态物理相互作用或者可逆动态化学键，来促进自愈合过程。Deniz等人[60]合成了一种疏水缔合自愈合水凝胶，研究由蠕虫状十二烷基硫酸钠（SDS）胶束的水溶液中的疏水缔合形成的自我修复水凝胶的最佳设计参数。在凝胶制剂中，将（甲基）丙烯酸正烷基酯用作丙烯酰胺的疏水性共聚单体。两个结构参数对于通过疏水相互作用获得自修复凝胶至关重要。一个是疏水物的烷基侧链的长度，另一个是表面活性剂的浓度。另外，由于甲基丙烯酸酯主链的挠性有限，因此疏水性甲基丙烯酸酯产生的凝胶的愈合效率高于?

第1章绪论4从而导致大量非缔合的疏水性嵌段。位于凝胶样品断裂表面附近的这些自由嵌段彼此连接，以自愈破碎的水凝胶。图1-3自我修复凝胶的示意图Dai等人[61]合成了一种基于双重物理和化学三重交联网络的透明坚韧的自愈合水凝胶。其中通过简单的冻融方法在PVA/BSN水凝胶中形成了物理交联网络的PVA/BTN水凝胶。该过程增加了水凝胶的稳定性，韧性和机械性能，其中测量到的强度是所制备的水凝胶的强度的三十倍。PVA/BTN水凝胶还显示出良好的恢复性能和出色的自我修复能力。1.2.3粘性水凝胶水是水凝胶中含量最大的物质，水会和水凝胶中的聚合物产生氢键作用，但这会大大削弱水凝胶的粘性行为，因此如何获得一种不影响力学性能的粘性水凝胶也是目前研究的重点。粘性水凝胶的研究一部分围绕胎贝、藤壶和沙塔虫等仿生粘结机理，主要依靠多巴胺分子提供的的氢键、金属络合和疏水作用等物理粘结。另一部分围绕能提供酚羟基等特殊基团的丙烯酸和单宁酸展开研究。Xu[62]等人将牛乳中的酪蛋白钠盐（酪蛋白钠，SC）和聚多巴胺（PDA，受贻贝启发）成功地引入了聚丙烯酰胺（PAAm）水凝胶体系中，制成了坚韧而有粘性的SC-PDA水凝胶。水凝胶展现出与各种材料甚至人类皮肤完美结合的可逆粘合行为，而且在水下也具有很强的粘性。

【参考文献】：
博士论文
[1]基于有机纳米微球的复合水凝胶的设计制备与功能构筑[D]. 武永涛.东华大学 2011



本文编号：3592055