多功能自愈合水凝胶的制备及性质研究论文.doc

多功能自愈合水凝胶的制备及性质研究 目 录 第一章 绪论 1 1.1自愈合聚合物的自愈合机理 1 1.1.1分子互扩散导致的自愈合 1 1.1.2由光引发的自愈合 2 1.1.3通过形成可逆键的自愈合 2 1.1.4活性聚合导致的自愈合 4 1.1.5纳米粒子自愈合 5 1.1.6金属基自愈复合材料 5 1.1.7混合磨损自愈材料 5 1.2基于动态化学的自愈性水凝胶 6 1.2.1多重氢键作用 6 1.2.2金属配位相互作用 7 1.2.3亲疏水相互作用 8 1.2.4酰腙键 9 1.2.5亚胺键 11 1.3本文的设计思路 13 第二章 实验步骤 14 2.1实验仪器与药品 14 2.1.1实验仪器 14 2.1.2实验药品 14 2.2N-（3,4-二羟基苯基乙基）甲基丙烯酰胺（DMA）的合成 14 2.3聚合物的合成 15 2.3.1P(DMA-co-PEGMA)合成DMA:PEGMA=1:8 15 2.3.2P(DMA-co-PEGMA)合成DMA:PEGMA=2:8 15 2.4水凝胶的合成 15 2.5结构表征测试 16 2.5.1DMA的表征测试 16 2.5.2P(DMA-co-PEGMA)的表征测试 16 2.6水凝胶对pH值响应测试 16 2.7水凝胶的自愈合性能的测试 16 第三章 实验结果与讨论 17 3.1DMA的表征图谱 17 3.2P（DMA-co-PEGMA）的表征图谱 18 3.3水凝胶对pH值响应分析数据 20 3.4水凝胶的合成及其自愈合性能测试数 20 3.4.1P（DMA-co-HEAA）水凝胶的合成 20 3.4.2自愈合测试 24 3.5对比试验 25 结论 26 结束语 27 致谢 28 参考文献 29 第一章 绪论 1.1 自愈合聚合物的自愈合机理 从机理上讲，自愈合聚合物材料本身就具有恢复材料的载荷传递能力，这种恢复可以是自主地发生，也可以是被一个具体的刺激物所激发的，例如热量的辐射等。因此，这些材料的应用将极大地促进高聚物组分的安全性和耐久性而不需在监测或外部修理上花费较大成本。这一系列智能材料的研发过程的灵感来源于仿生系统【1】。这些材料还可以用来治愈由其它裂解诱导的残余应力或是纤维粘结所造成的损害。可自我愈合的热塑性聚合物材料是能够通过若干不同的机理完成自愈合的高分子材料，它们的自愈合机理大致如下。 热塑性聚合物通过分子相互扩散裂纹愈合已成为20世纪80年代广泛研究的课题。研究覆盖了非晶聚合物、半结晶聚合物、嵌段共聚物和纤维增强复合材料。研究发现，当两个相同的聚合物在高于其玻璃化转变温度( Tg)时进行接触，会导致两者的接口逐渐消失，就像界面上的分子扩散裂纹愈合一样，这使得聚合物界面的力学强度增大。白愈合过程在真空或大气压下进行，愈合时间从几分钟到几年不等，自愈合温度通常高于Tg。 Jud和Kausch【2】研究了聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和甲基丙烯酸甲酯一阿德福韦(PMMA-PMEA)共聚物的分子量及共聚程度对裂纹愈合行为的作用。通过在高聚物的断裂界面夹紧以及加热样品一段时间后，他们测试了很多的参数，包括压紧及进入断裂处的时间、自愈时间、自愈温度以及压紧的压力。他们发现高聚物的自愈合能力优于那些单个的聚合物，而前者的玻璃化转变温度高于后者5℃。他们还发现从断裂初始到断裂表面的自愈合所需的时间越长，则越能抑制其自愈合，期间愈合率从120％下降至80％。断裂表面的视觉自愈合在强度显著恢复之前已经出现，而许多链段(不是整个链)相互扩散被发现是其中最有可能的自愈合机理。 利用最小热应力研究热塑性高分子链的流动性，Lin等【3】研究了用40~60℃的甲醇处理过的聚甲基丙烯酸甲酯PMMA 的裂纹愈合。他们发现被甲醇处理过的PMMA的抗拉强度可以完全恢复到材料的原始状态。通过拉伸强度的恢复可以确定这个愈合程度和过程依赖于润湿和扩散，因为甲醇的存在有利于降低Tg和促进聚合物链在整个界面的扩散。随后的研究【4】以类似的方式考察了在乙醇诱导下的PMMA的裂纹愈合，并比较了使用甲醇的区别。结果表明，在增塑效果和降低Tg方面，有乙醇存在的裂纹愈合过程与甲醇相类似；然而，乙醇引起过多的塑化和聚甲基丙烯酸甲酯基的膨胀，这导致了其力学强度恢复不完全。 Boiko等【5】采用拉伸试验测定了PET (聚对苯二甲酸乙二醇酯)和PS(聚苯乙烯)接口的愈合，发现原材料的接缝强于断裂表面。而原始PET／PET共聚物和只经过低层次的粘附的PET／PS共聚物，即使经过15 h的加工仍具有高于这些高分子材料的玻璃化转变温度约18℃。Yang和PitI^humani【6】在非等温条件下研究了碳纤维增强后的聚醚醚酮(PEEK)和聚醚酮酮(PEKK)的界面愈合。经过不同的处理时间，将该热粘