探析高强度凝胶的制备及性能研究

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1、浙江大学化学工程与生物工程学系硕士学位论文高强度凝胶的制备及性能研究姓名：金高军申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：黄梅20100301浙江大学硕士学位论文摘要高分子水凝胶作为一种软湿材料具有许多刚性材料不具备的形变和机动性能，如对外界刺激响应的智能特性以及形状记忆特性等，因而在工业、农业、生物和材料等领域中均显示出诱人的应用前景。但高分子水凝胶机械强度弱，稳定性差，响应速度慢等缺点大大限制了它的实际应用。因此研究制备高强度水凝胶，以及制备非水环境的离子液凝胶将十分有意义。本文通过考察不同单体浓度和离子强度下凝胶的力学性能和溶胀特性，对聚2．丙烯酰胺．2．甲

2、基丙磺酸(PAMPS)与聚丙烯酰胺(PAAm)形成的互穿网络凝胶的高强度性能和作用机理进行了研究。结果表明：PAMPSfPAAm互穿网络凝胶的力学强度随着AAm浓度增大而增大，而AMPS浓度有一个最佳值(1mol／L)。在1mol／LAMPS和4mol／LAAm浓度下，合成的PAMPS／PAAm凝胶最大抗压强度可达6．46MPa。改变凝胶体系内水的离子强度，lp2a和lp4aPAMPS／PAAm凝胶在0．25mol／kg离子强度时的抗压强度与纯水状态下相比分别增加了67％和29％。同时，针对离子液凝胶结合了离子液体的稳定、不挥发、良好导电性以及普通凝胶的环境响应性

3、智能特点，本文在考察乙烯基单体在咪唑类离子液体中的溶解性和聚合特性的基础上，对离子液凝胶制备方法进行了探索，成功制备了PAAm／[BMIm]Br高强度离子液凝胶并对其性能进行了研究。结果表明：PAAm／[BMIm]Br离子液凝胶强度随着AAm浓度和交联剂(MBAA)浓度的增加而增加，在MBAA含量为1m01％，AAm浓度5mol／L时凝胶最大抗压强度达到30．6MPa。在PAAm／[BMIm]Br寝j子液凝胶中加入羟乙基甲基丙烯酸酯(HEMA)与AAm共聚可得31JlPAAm．PHEMA／[BMIm]Br离子液凝胶，随着HEMA加入量的增加凝胶强度减少，柔韧性增加

4、。PAAm—PHEMA／[BMIm]Br离子液凝胶的电导率在25℃时达到10。2mS／cm。TGA测试表明所有离子液凝胶稳定温度接近250oC，离子液体含量达到70％。关键词：PAMPS／PAAm水凝胶；离子液凝胶；互穿网络；高强度；离子强度Il浙江大学硕士学位论文AbstractHydrogels，asatypeofsoftwetmaterials，possessexcellentdeformationandmechanicalproperties．nleyCanrespondtoexternalstimulationandkeepshapememorythat

5、manyrigidmaterialsdonothave．Sotheyexhibittremendousapplicationinthefieldsofindustry,agriculture，biologyandmaterial．Buttheapplicationsofthehydrogelshavebeenlimitedbytheirpoormechanicalproperties，instabilityandlowresponserate．Thereforeitissignificanttopreparehigh-strengthhydrogelsandion

6、gelswithhighstrength．Inthiswork，thepropertiesandmechanismofhigh—strengthinterpenetratingpolymernetworkhydrogels，whichweresynthesizedby2-acrylamide-2一methypropanesulfonicacid(AMPS)andacrylamide(AAm)，werestudiedaccordingtotheirmechanicalandswellingexperimentsunderdifferentmonomerconcent

7、rationsandionicstrength．TheresultsshowthatthestrengthofPAMPS／PAAminterpenetratingpolymernetworkhydrogelsincreaseswiththeincreasingofAAmconcentration，whiletheAMPSconcentrationhasaoptimalvalue(1mol／L)andthehighestcompressivestrengthoftheinterpenetratingpolymernetworkhydrogelsisupto6．46M

8、Pawit