疏水缔合水凝胶片段课案.ppt

疏水缔合水凝胶片段自组织愈合形成宏观凝胶的研究 报告人：姜子龙 指导老师：刘凤岐教授 2016.4.28 自愈合的概念源于生物学，是生物系统中非常重要的特性之一。科学家们从模拟仿生系统得到灵感，设计并合成了具有自愈合性能的智能高分子材料。作为一种智能高分子材料，自愈合凝胶对解决软材料损伤修复，实现软材料智能化具有重要意义。近两年，我们实验室合成了一种物理型水凝胶，即疏水缔合水凝胶，并发现其具有自愈合性能。在此基础之上，本文以丙烯酰胺为主单体，以辛基酚聚氧乙烯（10）醚丙烯酸酯（OP10-AC)为疏水单体，通过自由基胶束聚合制备了疏水缔合型水凝胶（HA-gels）。然后将凝胶烘干粉碎成凝胶干粉（即凝胶片段），在水环境中再使凝胶片段自组织重新愈合成宏观凝胶。通过拉伸测试，对不同条件下得到的自愈合凝胶的力学性能进行研究与分析，试图解释凝胶片段自愈合过程的愈合机理。 实验通过OP-10与丙烯酰氯反应合成了OP-10-AC样品。通过自由基胶束聚合，在以为表面活性剂的水溶液中，水溶性单体丙稀酰胺和疏水单体在引发剂引发下，合成疏水缔合水凝胶。 将HA-gels母凝胶剪成小块，置于50摄氏度烘箱中烘干至恒重，用粉碎机粉碎成粉末状，用筛子筛分，得到不同粒径的凝胶千粉，分别置于塑料杯中，用保鲜膜封口备用。将一定量千粉装入塑料试管，加入相应量的蒸谐水，迅速搅拌，用硅胶胶塞好密封，置于一定温度水浴环境中自组织愈合，得到自愈合凝胶样品。 干粉粒表面有在机械粉碎过程中被破坏的胶束，我们称之为活性胶束，图为凝胶片段愈合的微观过程示意图。在愈合过程中，干粉粒遇水迅速吸水溶胀形成微小凝胶，微小凝胶内部是没有被破坏的网络，而在表面则存在活性胶束，这些活性胶束就成为微凝胶与微凝胶之间愈合的作用位点。 在表面活性剂胶束的帮助下，由于外力驱散的链端及被切断的分子链跨过断面，在此作用位点处与其他片段的链端及分子链重新缔合或缠绕。同时在内应力的作用下，凝胶片段中原有的疏水缔合交联点也在经历解缔合与重新缔合 为新的交联点的动态过程，最终使凝胶片段自愈合为宏凝胶，并且具有一定的拉伸强度。从而，我们证明了凝胶干粉具有自组织愈合形成宏凝胶的性能。 我们还证明凝胶片段的自愈合需要在一定温度下进行。在室温环境中，凝胶片段自愈合进行较缓慢。而70°C在环境下，分子链运动速度快，缔合与解缔合速率也更快，在较短时间内自愈合形成的宏凝胶即可达到较大的拉伸强度。凝胶片段的自愈合在50℃环境下较在70℃环境下进行得慢，需延长愈合时间，使自愈合凝胶达到最大拉伸强度。温度升高，加快凝胶片段自愈合形成宏凝胶速率，并且提高自愈合凝胶的拉伸强度。 干粉粒径同样影响凝胶片段的自愈合过程，粒径越小，活性胶束越多，愈合 发生的越快。但由于干粉粒径越小，吸水速度越快，对搅拌的过程有明显影响， 使宏凝胶存在应力集中区，交联网络不易均勻，凝胶强度有所下降。同样，粒径 过大的凝胶片段在自愈合过程中也存在相同情况，故粒径在30目到150目之间 的干粉自愈合形成的宏凝胶强度较高，自愈合速度适中。