聚丙烯酸水凝胶自修复性能及溶胀行为的研究_洪浩群

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1、０９０１２２０１６年第９期（４７）卷文章编号：１００１－９７３１（２０１６）０９－０９０１２－０５＊聚丙烯酸水凝胶自修复性能及溶胀行为的研究洪浩群１，２，李雪松１，张海燕１，２（１．广东工业大学材料与能源学院，广州５１０００６；２．广东工业大学广东省功能软凝聚态物质重点实验室，广州５１０００６）摘要：采用胶束共聚法将丙烯酸（ＡＡ）与少量甲基丙烯酸十八酯（ＯＭＡ）共聚，制备具有自修复功能的聚丙烯酸（ＰＡＡ）水凝胶。采用红外光谱表征ＰＡＡ水凝胶的结构，采用拉力实验表征ＰＡＡ水凝胶的自修复功能和测试其拉伸强度，并分别研究ＰＡＡ水凝胶在水中和氯化钠溶液

2、中的溶胀行为。结果表明，ＰＡＡ具有良好的自修复性能，修复后ＰＡＡ水凝胶能保持修复前８０％以上的拉伸强度，并且修复后的水凝胶断裂伸长率接近于修复前的水凝胶。ＰＡＡ水凝胶的自修复功能归功于羧基间形成的氢键网络和ＯＭＡ与表面活性剂形成的疏水缔合网络的联合作用。ＰＡＡ水凝胶在水中的溶胀主要受水分子在凝胶中渗透扩散过程控制，而在氯化钠溶液中的溶胀主要受聚合物链段的松弛过程影响。关键词：水凝胶；自修复；聚丙烯酸；溶胀中图分类号：Ｏ６３１文献标识码：ＡＤＯＩ：１０．３９６９／ｊｉｓｓｎ．１００１－９７３１．２０１６．０９．００３．本文采用胶束共聚法将丙烯酸（

3、ＡＡ）与少量甲基０引言丙烯酸十八酯（ＯＭＡ）共聚，制备具有自修复功能的自修复功能是自然界中生物体的一个重要特征，ＰＡＡ水凝胶，采用红外光谱表征ＰＡＡ水凝胶的结构，例如皮肤伤口的愈合，人体骨骼的修复，树木的再生采用拉力实验表征ＰＡＡ水凝胶的自修复功能和测试等。模仿此过程的新型材料即为备受关注的自修复材其拉伸强度，并分别研究ＰＡＡ水凝胶在水中和氯化钠料，自修复材料具有自我修复损伤的特点，能够增加溶液中的溶胀行为。使用材料的安全性，延长材料的寿命，是１种具有损１实验伤管理功能的智能新材料，在航天、军工、电子以及组［１－２］织工程等领域具有广阔的发展前

4、景。自修复功能１．１原料与试剂由具有动态特性的交联网络构建形成，交联作用可为ＡＡ，分析纯，天津市大茂化学试剂厂；ＯＭＡ，分析动态非共价键，如弱相互作用的氢键、分子间作用力纯，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；十二烷基苯磺（范德华力）、亲疏水作用、配位作用等，或可逆共价键，酸钠（ＳＤＢＳ），分析纯，天津市大茂化学试剂厂；过硫酸［１］如温和条件下可逆的亚胺键、酰腙键、双硫键等。其胺（ＡＰＳ），分析纯，国药集团化学试剂有限公司；焦亚中通过氢键等非共价键的交联作用形成自修复功能的硫酸钠，分析纯，天津市永大化学试剂有限公司；氯化水凝胶是自修复材料中的重要一

5、员，是近年来的研究钠（ＮａＣｌ），分析纯，天津市凯通化学试剂有限公司；甲［３－１６］热点。基橙，分析纯，北京中生瑞泰科技有限公司。水凝胶是指能在水溶液中溶胀的高分子通过相互１．２ＰＡＡ水凝胶的制备缠结交联形成的三维网络结构。水凝胶不溶于水但能称取８．５ｇＳＤＢＳ溶解在３５℃８０ｍＬ０．５ｍｏｌ／Ｌ在水中溶胀；其组成大部分为水，性质柔软，但又能保的ＮａＣｌ溶液中，得到透明溶液；然后将ＯＭＡ持一定的形状，与生物组织极为相似，可以用于生物组（１．２７８ｇ）溶解到ＳＤＢＳ－ＮａＣｌ溶液中，在３５℃下搅拌织的修复和医疗，是１种越来越受重视的软物质材料。５

6、ｈ；之后加入ＡＡ（１４ｇ），继续搅拌３０ｍｉｎ；加入焦亚聚丙烯酸（ＰＡＡ）是１种亲水性较强的聚合物，因其良硫酸钠（０．０１９ｇ／ｍＬ）和ＡＰＳ（０．０８ｇ／ｍＬ）引发反应；好的力学性能和生物相容性，被广泛用于制备水凝胶将溶液转移到成型模具中，在５０℃下聚合反应２４ｈ，等生物医用材料；而且聚丙烯酸含有羧基，容易形成分得到ＰＡＡ水凝胶。在其它条件不变的情况下，分别采［５］子间的氢键，是制备修复型水凝胶的重要原料。用不同用量的ＡＡ（１４，１６，１８，２０和２４ｇ）进行实验，得＊基金项目：国家自然科学基金资助项目（５１２７６０４４）；高等学校博士学科点

7、专项科研基金联合资助课题资助项目（２０１３４４２０１２０００９）；２０１５年广东省公益研究与能力建设专项资金资助项目（２０１４Ａ０１０１０５０４７）；广东工业大学博士启动资助项目（１２ＺＫ００６３）收到初稿日期：２０１５－０８－０５收到修改稿日期：２０１６－０４－２２通讯作者：洪浩群，Ｅ－ｍａｉｌ：ｐｓｈｑｈｏｎｇ＠ｇｍａｉｌ．ｃｏｍ作者简介：洪浩群（１９７６－），男，广东揭阳人，副研究员，博士，主要从事高分子改性及复合材料研究。洪浩群等：聚丙烯酸水凝胶自修复性能及溶胀行为的研究０９０１３到相应的ＰＡＡ水凝胶分别命名为ＰＡＡ－１４，ＰＡＡ－１６

8、，的溶胀率定义为ＰＡＡ－１８，ＰＡＡ－２０，ＰＡＡ－２４。ＳＲ＝［（ｍｔ－ｍ０）／ｍ０］×１００％（１）１．３红外光谱表征式中，ｍｔ为凝胶ｔ时刻在溶剂