VPU-PAAM复合水凝胶的制备与性能研究
交联微球复合paam高强度水凝胶制备
基金项目：中国民用航空飞行学院青年基金项目 (Q2019-054) 通讯作者：辜兴悦，助教，主要研究方向为复合材料的制备与性能 E-mail: guxingyue11@ 收稿日期：2019-12-23 引用格式：辜兴悦 . 交联微球复合 PAAm 高强度水凝胶制备 [J]. 工程塑料应用，2020，48(3):44–47.
Gu Xingyue. Preparation of crosslinked microsphere composite PAAm hydrogel with high strength[J]. Engineering Plastics Application， 2020，48(3):44–47.
辜兴悦：交联微球复合 PAAm 高强度水凝胶制备
Keywords ：crosslinked microsphere ；complex network hydrogel ；compression performance
高分子水凝胶是一种通过分子链之间化学或 物理交联相互作用而形成的三维网络空间结构的一 类亲水性聚合物，具有高吸水、高保水能力和易于控 制缓释等特殊性能，数十年来，高分子水凝胶已成为 发展迅速的一种功能性高分子材料 [1–4]。近年来被 广泛用于农业、工业、医学及石油领域 [5–6]。大部分 天然材料合成水凝胶，因聚合物密度较低、交联网络 结构不均匀等因素，抗拉和抗压等力学性能都很差， 甚至在极低的压强下就可能发生碎裂 [7]，这使水凝
PU复合水凝胶微球的制备及其性能研究的开题报告
SA/PU复合水凝胶微球的制备及其性能研究的开题报告一、研究背景和意义水凝胶微球是一种具有良好生物相容性和生物可降解性的材料，可以作为药物传递、组织工程和细胞培养的载体。
常见的水凝胶材料包括聚乙烯醇、明胶、壳聚糖等。
然而，这些材料通常只有单一的功能，如药物传递或组织工程。
因此，需要开发一种新型的水凝胶微球材料，能够同时具有多种功能。
近年来，SA/PU复合水凝胶微球备受关注。
SA是一种生物材料，具有优异的生物相容性和生物可降解性，可被机体代谢。
PU是一种合成材料，具有良好的物理性质和机械性能。
SA/PU复合水凝胶微球将两种材料的优点结合起来，能够同时具有生物相容性、生物可降解性和良好的物理机械性能。
因此，SA/PU复合水凝胶微球在药物传递、组织工程和细胞培养等领域有着广泛的应用前景。
二、研究内容和目标本研究的主要内容是制备SA/PU复合水凝胶微球，并对其性能进行研究。
具体研究内容包括：（1）制备SA/PU复合水凝胶微球：采用自由基聚合法制备PU水凝胶微球，并采用化学交联法将SA与PU微球复合。
（2）表征SA/PU复合水凝胶微球的物理性质：通过扫描电子显微镜观察微球形态和尺寸分布，利用红外光谱分析微球材料的化学结构，通过热重分析测定微球的热稳定性。
（3）评价SA/PU复合水凝胶微球的药物传递性能：采用模型药物对微球进行载药，通过释放度和扫描电子显微镜等方法评价微球的药物释放性能。
（4）评价SA/PU复合水凝胶微球在细胞培养中的应用：将人体成纤维细胞接种在微球表面，观察细胞在微球表面上的生长情况和细胞活性。
本研究的目标是制备出具有优异性能的SA/PU复合水凝胶微球，并探讨其在药物传递和细胞培养中的应用。
为新型水凝胶材料的研究和开发提供参考和指导。
三、研究方法和实验方案（1）制备PU水凝胶微球：采用自由基聚合法制备PU水凝胶微球。
具体步骤为：加入甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、2-羟基乙基丙烯酸酯、十二烷基硫酸钠、单体溶液和交联剂，加入过硫酸铵并在搅拌下反应。
PVA_PAAIPN水凝胶的制备及其溶胀性质研究
第18卷第1期高分子材料科学与工程V o l.18,N o.1 2002年1月POL Y M ER M A T ER I AL S SC IEN CE AND EN G I N EER I N G Jan.2002 PVA-PAA IPN水凝胶的制备及其溶胀性质研究Ξ白渝平,杨荣杰,李建民,谭惠民(北京理工大学化工与材料学院,北京100081)摘要:利用化学交联和循环冰冻2解冻相结合的顺序逼近法,制备了由聚乙烯醇(PVA)和聚丙烯酸(PAA)复合的具有互穿聚合物网络(IPN)结构的高分子水凝胶。
研究了交联剂含量、PAA含量和温度对水凝胶溶胀性质的影响。
实验结果表明,30℃时,交联剂含量为1.0mo l%的凝胶溶胀度最大,凝胶中PAA含量越大,凝胶的溶胀度越大;具有IPN结构的凝胶具有温度敏感性质;调节凝胶中PAA和交联剂的含量,可以控制凝胶突变体积的大小。
关键词:聚乙烯醇2聚丙烯酸水凝胶;顺序逼近法;互穿聚合物网络;溶胀度中图分类号:TQ316.6 文献标识码:A 文章编号:100027555(2002)0120098204 高分子水凝胶是一种只能在溶剂中溶胀,不能溶解的高分子材料。
在环境如温度[1,2]、pH[3,4]、离子浓度[2]、电场作用[5,6]、磁场和光[7]等因素的影响下会发生溶胀或收缩。
自20世纪70年代以来在就受到了国内外的广泛关注,人们对水凝胶在药物控释系统[8,9]、活性酶包埋、记忆开关元件、机械传动装置[10,11]和人工肌肉[12]等应用方面进行了大量研究。
PVA水凝胶由于具有良好的生物相容性,作为医疗代用材料具有潜在的应用前景。
有关该类水凝胶的研究进行得较早也较深入[13～15]。
PVA的高分子链上不含有离子基团,pH值改变时,它不发生体积相变,因而PVA与其它离子型高分子复合可制备具有一定力学强度的刺激响应性凝胶[16]。
PVA的引入可增加复合凝胶的强度,改善加工性能,加大凝胶的温度响应范围和pH稳定性[16]。
PVAPAAAM复合水凝胶的制备及性能
ＡＭ））
１．４凝胶断面形态观测 将水凝胶样品放人蒸馏水中，在室温下溶
胀至平衡。将溶胀水凝胶样品取出放入一８０ ℃的冷冻室冷冻２４ ｈ后再冷冻干燥２４ ｈ。待 水凝胶网络中的水全部升华后，在其断面喷金， 用扫描电镜观测凝胶断面形态。 １．５膨胀性能的测定
采用质量分析法测试样品的膨胀率。把干 凝胶样品称量后置于去离子水中或不同ｐＨ值 的溶液中溶胀一定时间，用滤纸快速吸干凝胶 表面的多余水分后称量（Ⅳ。）。水凝胶的膨胀 度（ＳＲ）按下式计算：
０．５％时所得的ＰＶＡ／Ｐ（ＡＡ－ＡＭ）复合水凝胶
的ｐＨ敏感性最强。 Ｆｉｇ．５给出了在交联剂加量为Ｏ．５％的条
件下采用不同ＰＶＡ／Ｐ（ＡＡ－ＡＭ）配比制得的复
合凝胶的平衡溶胀度随ｐＨ的变化关系。
ＰＶＡ印（ＡＡ－Ｍ）复合水凝胶的ｐＨ敏感性与
水凝胶中的Ｐ（ＡＡ－ＡＭ）组分含量有关。复合
水凝胶中的Ｐ（—博删）组分含量越多，凝胶网
，‘ ＯＯ Ｏ
ｌ ５０Ｏ ＾巾小＿）《的
１ ＯＯ Ｏ
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Ｆｉｇ．１
Ｓｗｅｌｌｉｎｇ ｒａｔｉｏ ａｓ－ｆｕｎｃｔｉｍｔ ｏｆ ｔｉｍｅ ｆａｒ ＰＶＡ／Ｐ （ＡＡＡＭ）ｈｙｄｒ哩ｅｌｓ ａｔ ５５℃
ｔｈｅ ｃｒ∞ｓｌｉｋｅｒ ａｍ咖ａ：０．５９６；ｂ：１．５％；Ｃ－＂１％；
Ｔａｂ．１
Ｓａｍｐｌｅ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎａｔｉｏｎ ｏｆ
ＰＶＡ／Ｐ（从．ＡＭ）
Ｎｏ．１
１０
２
Ｎｏ．２
１０
２
Ｎｏ．３
１０
２
Ｎｏ．４
１０
PU复合水凝胶微球的制备及其性能研究的开题报告
SA/PU复合水凝胶微球的制备及其性能研究的开题报告一、选题背景水凝胶微球是一种新型材料，具有诸如高孔隙度、高可逆度、高表面积和优异的吸附性能等特点，在各种领域中有广泛应用。
目前制备水凝胶微球的方法很多，如沉淀法、凝胶聚合法、雾化法等，但是普遍存在性能差异、制备周期长、成本高等问题。
因此，研究一种新的制备水凝胶微球的方法具有一定的意义。
SA/PU复合水凝胶微球是利用聚氨酯（PU）制备的“骨架”与丙烯酸（SA）分子共聚合成的水凝胶微球。
SA提供了微球所需的单元，并增加了微球的亲水性能，PU是微球内部的结构支撑骨架，使得微球具有良好的机械强度和稳定性。
然而，目前对于SA/PU复合水凝胶微球的研究还不够深入，其制备方法和材料性能方面也有待探究和完善。
二、研究目的和意义本课题旨在研究SA/PU复合水凝胶微球的制备方法和材料性能，具体研究内容包括以下几个方面：1.探究SA/PU复合水凝胶微球的制备方法，通过调整反应条件、添加剂量等参数来获得性能更好的微球材料。
2.研究SA、PU的质量比例对复合水凝胶微球性能的影响，探究复合水凝胶微球的成分优化方案。
3.系统评价SA/PU复合水凝胶微球的性能表现，包括孔隙度、柔性度、吸附性能和水解稳定性等方面。
本课题的研究结果将有助于深入了解SA/PU复合水凝胶微球的结构和性能，为其在生物医学、环境治理、能源存储等领域的应用提供支持。
三、研究方法和步骤1.制备SA/PU复合水凝胶微球：根据文献资料和前期实验结果，选取适当的PU模板和SA单体，采用凝胶聚合法制备SA/PU复合水凝胶微球。
2.调整复合水凝胶微球的制备条件：通过调整反应温度、光照强度、反应时间、催化剂、添加剂等参数，寻找最佳制备条件。
3.调整SA和PU的比例：通过改变SA和PU的比例，研究不同比例对复合水凝胶微球性能的影响，找到最佳比例方案。
4.测定复合水凝胶微球的性能：通过扫描电子显微镜观察微球的表面形貌和孔洞结构，测定孔隙度和吸附性能、柔性度和水解稳定性等物理化学性能。
高弹性聚丙烯酰胺水凝胶的制备及拉伸性能研究
第36卷第1期2017年3月中南民族大学学报（自然科学版）Journal of South-Central University for Nationalities( Nat. Sci. Edition)Yol.36 No.1Mar.2017高弹性聚丙烯酰胺水凝胶的制备及拉伸性能研究肖新才,张瑞连，熊小翠，胡蓉蓉，马文婷(中南民族大学药学院，武汉430074)摘要为了提高水凝胶的弹性性能，采用微凝胶法制备了高弹性的聚丙烯酰胺(PAAM)水凝胶.先采用沉降聚 合法制备了 PAAM微凝胶，再以此充当交联剂代替传统的化学交联剂和引发剂，制备了高机械性能的PAAM水凝 胶.同时探讨了丙烯酰胺浓度、凝胶成型温度、微凝胶与水的体积比对PAAM水凝胶弹性性能的影响.结果表明：随着丙烯酰胺的浓度的增大，凝胶柱的弹性模量变大;随微凝胶成型温度越高，形成的水凝胶的弹性模量越小;当微凝胶与水的体积比为1:1时，水凝胶的弹性模量较大，增加或减少微凝胶的量均会使得水凝胶的弹性模量变小.关键词聚丙烯酰胺;微凝胶;高弹性;微凝胶法;弹性模量中图分类号TQ460.1;R944.1 文献标识码A文章编号16724321(2017)014)047-05Preparation and Tensile Property of Highly ElasticPolyacrylamide HydrogelXiao Xincai, Zhang Ruilian, Xiong Xiaocui, Hu Rongrong, Ma Wenting (School of pharmaceutial Sciences, South-Central University for Nationalities, Wuhan 430074, China) Abstract To improve the elasticity of the hydrogels, microgel method was applied to prepare highly elastic polyacrylamide (PAAM) hydrogel. PAAM microgels were prepared by sedimentation polymerization, then highly elastic PAAM hydrogel was prepared using the microgels as the crosslinker instead of the traditional chemical crosslinker and initiator. The effects of acrylamide concentration，polymerization temperature，volume ratio of the microgels and water on the elasticity of the hydrogels were investigated. The results indicated that the elasticity modulus of PAAM hydrogel increased with the increase of acrylamide concentration and decreased with the polymerization temperature. The modulus was largest when the volume ratio of the microgels and water was 1 : 1，which would decrease regardless of decreasing or increasing the microgels content.Keywords polyacrylamide；microgel；high elasticity；microgel method；elasticity modulus聚丙烯酰胺（PAAM)具有典型的三维网络结构、无毒副作用、性能稳定，被广泛应用于生物水凝胶的制备[1]，如蛋白质分离[2’3]、药物释放[4’5]、土壤 改良剂[6]等.由于PAAM水凝胶的机械强度较低，使其在强度要求相对较高的领域，如人工肌肉骨髂、记忆开关元件、机械传动装置及生物传感器等的应用受到很大的限制.传统的提高水凝胶机械强度的方法有增加交联密度、降低凝胶溶胀度、引人纤维状增强剂、制备互穿网络（IPN)等[7]，但操作较繁琐，或对水凝胶的机械性能的改善能力有限，或改变了 PAAM其本身的性能，使PAAM水凝胶应用受限.传统的凝胶以I，亚甲基双丙烯酰胺为化学交联剂来制备.近年来，诸多研究者按此模式，通过 构建聚合物的交联来改变水凝胶的机械强度，如构 建拓扑结构[8]、双网络结构[9_11]、复合结构[12]，及加 人纳米凝胶作为交联剂制备水凝胶[m5]等.利用活收稿日期20164)9-14作者简介肖新才（1971-)，男，教授，博士，研究方向:药用高分子材料，E-mail:xcxiao@mail,基金项目国家自然科学基金资助项目（21276287,20976202);中央高校基金科研业务费专项（CZW15017);中南民族大 学学术团队资助项目（XTZ 15013)48中南民族大学学报（自然科学版)第36卷性纳米粒子如锂皂石[15]、氧化石墨烯[16]、离子[17]、二氧化硅[18]、粘土[19]、活性纳米凝胶[2°]等代替传统的交联剂来制备水凝胶，虽能大大提高水凝胶的机械性能，但过程复杂，影响因素不易控制，成本 增加.利用材料自身形成微凝胶作为交联剂制备高弹 的水凝胶，由于没有其他粒子的加人，制备的凝胶成 分更纯，性能更易控制，且制备过程简易、方便，具有 很强的实用性.制备微凝胶的方法较多，如谭雪梅等[21]采用反相微乳液聚合法、自组装辅助聚合法[22_24]、光聚合法[25]等.本文采用采用微凝胶制备高弹性PAAM水凝胶，为简化实验操作，采用沉降聚合法[2°](制备过程见图1)，并探讨了丙烯酰胺的 浓度、凝胶成型温度、微凝胶与水的比例等因素对聚 丙烯酰胺水凝胶弹性性能的影响，以期获得制备高 弹性PAAM水凝胶的相关条件，为开发高弹性PAAM的新应用奠定基础.图1微凝胶法制备PAAM水凝胶示意图Fig. 1 Schematic illustration of proposed model of PAAM hydrogels 1实验方法1.1材料和仪器丙烯酰胺（A A M，99. 9%)、iV，iV-亚甲基双丙烯 酰胺（BIS)购于Bioshaip公司，过硫酸铵（APS,AR 级）、十二焼基硫酸钠（C P级）、无水乙醇（分析纯）购于中国医药集团上海化学试剂有限公司.真空冷冻干燥仪（DRY-LYO型，丹麦HETO)，DF-10V S型集热式恒温磁力搅拌、SHZ-DIII型循环 水真空泵（巩义市予华仪器），电热鼓风干燥箱(101-1A型，天津市泰斯特），电子天平（AR2140 型，上海奥豪斯），透射扫描电镜（FEI Tecnai G20 S-Twin型，200 kV)，低温恒温槽（DC>0506,武汉世纪超杰），场发射电镜（SU8010,日本HITACHI)，高铁 伺服控制拉力试验机(AI-7000M，高铁检测仪器）•1.2活性PAAM微凝胶的制备利用沉降聚合法制备微凝胶:取50 m L水于三 5页烧瓶中，通氮气5 min后加人0.71 g (0.01 mol) AAM,搅拌溶解，加人 0.0616 g(4 mmol)BIS, 0.027 g APS,搅拌溶解，再加人0.27 g十二烷基硫 酸钠（表面活性剂），溶解完全后，于60T水浴中反应，转速为 300 r/min，反应 10，15，20，25，30，35，40，45，50 min后，置于冰水浴中终止反应.1.3 PAAM水凝胶的制备取一定量的PAAM微凝胶和一定量的水，加人 一定量的AAM(具体用量见表1)，搅拌溶解，通5 min氮气，将其倒人两头开口的玻璃管中，封好，置 于一定温度下反应24 h，即得PAAM凝胶，放置，进 行拉伸试验，检测它的抗拉伸能力，将凝胶冻干，备用•表1制备PAAM水凝胶的成分比例Tab. 1 Ingredient proportions of for preparation of PAAM hydrogels PAAM水凝胶 c (AAM ) / (mol • L _ 1)W微凝胶：超纯水）PAAMta-tb-0.80.801:1 PAAMta-tb-1.06 1.061:1 PAAMta-tb-1.33 1.331:1 PAAMta-tb-1.60 1.601:1 PAAMta-tb-1.86 1.861:1 PAAMta-tb-2.13 2.131:1PAAM45-50-1 1.603:1PAAM45-50-2 1.602:1PAAM45-50-3 1.601:2PAAM45-504 1.601:3PAAM45-50-5 1.601:4注:ta表示PAAM微凝胶的聚合时间;tb表示制备PAAM凝胶柱时 的反应温度1.4微凝胶形貌和粒径的表征取一定量的微凝胶溶液，用动静态仪测量其粒径.在微凝胶溶液中加人〇.3%的阻聚剂，用截留分子量为12000 ~ 14000的透析袋装好，置于超纯水中透析7 d，每天换2次水，冷冻干燥，取适量表面镀 金，置于场发射电镜下观察其结构.1.5凝胶拉伸测试和形貌表征将制备成型的水凝胶从模具中取出、洗净，用高 铁伺服控制拉力试验机作力学性能检测，拉伸率的 计算公式为：拉伸率(％)=伸长量/初始长度x100%，（1)由虎克定律:W= 为凝胶柱变化长度J为凝胶柱初长度，4为凝胶柱截面积，F为凝胶柱受的拉力，得PAAM凝胶柱的弹性模量第1期肖新才，等:高弹性聚丙烯酰胺水凝胶的制备及拉伸性能研究49计算公式为：E= —.(2)S将制备成型的水凝胶冷冻干燥，切出横切面，切 面镀金，置于场发射电镜下观察其结构.2结果与分析2.1活性微PAAM水凝胶的形貌观察取适量微凝胶溶液，于透射电镜下观察，结果见 图2.由图2可见，活性PAAM微凝胶为分为大小两 类粒子，粒子均类似球状，不规整，随着反应时间的 加长，由于表面活性剂的作用，微凝胶的直径微增大.而沉降聚合法中表面活性剂的加人延长了成核时间和沉淀时间，控制了微凝胶的粒径.表面活性剂能包裹在聚合物的表面，阻碍聚合反应的进行，使 其得直径约为300 ~ 400 nm.a) 35 min；b) 40 min；c) 45 min图2不同反应时间下透射电镜下的微凝胶Fig. 2 TEM of microgels under different reaction time图3为反应40 m in的微凝胶的扫描电镜图•由 图3可见，微凝胶表面不平整，呈菊花状，上面分布 一些小粒子（尺寸约几十纳米），球形度不规整，尺 寸不均一，与透射电镜结果相符.图3反应40 m in的微凝胶的扫描电镜图Fig. 3 SEM photograph of microgels under reaction for 40 min2.2以微凝胶作为交联剂制备PAAM水凝胶的影响因素2.2.1微凝胶聚合时间对凝胶柱弹性的影响图4为不同微凝胶聚合时间下制备凝胶柱的横 截面的扫描电镜图.由图4可见，不同交联剂制备的凝胶微观结构存在着一定的区别.化学交联剂法 制备的凝胶表现出大孔洞结构，以15 min微凝胶制 备的凝胶，其微观结构与化学交联剂法制备凝胶一致;当微凝胶反应40 m in时，凝胶结构为细小的密集的孔洞，孔边缘薄;45 min则孔洞更细.故微凝胶的反应时间越长，凝胶柱微观结构中孔洞越密集，微 凝胶增加了 PAAM链条之间交联的均匀性，形成的 凝胶具有多孔结构.单体发生聚合反应时，以微凝 胶为聚合中心，利用上面的活性键进行结合，微凝胶 作为交联剂和引发剂来开始A A M的聚合反应，有 规律地进行PAAM链条的增长.a)以BIS为交联剂制备凝胶；b) PAAM35-50-1.60；c) PAAM40-50-1.60；d) PAAM45-50-1.60图4凝胶柱横截面的扫描电镜图Fig. 4 SEM photograph of cross section of gel columns图5为不同聚合时间微凝胶制备的凝胶柱断裂 时的最大伸长率和最大的力.W聚合时间对最大拉沖力的影响图5不同聚合时间对凝胶柱弹性的影响Fig. 5 Effect of different polymerization time on elasticity of gel columns图5a中当A A M浓度一定，聚合时间10〜35 min时，PAAM凝胶柱伸长率无明显影响，40 min 时，凝胶的最大伸长率突然变大，直至50 min后.图5b中35 min前凝胶的拉力变化不大，4〇m in时凝 胶柱的最大拉伸力变大，45 min后又降低，由于凝胶50中南民族大学学报（自然科学版)第36卷的刚性变小，使得达到同一长度的拉力变小.由于聚 合40 m in的微凝胶处于突变点上，性能不稳定，故 后续实验均采用聚合45 min的微凝胶制备凝胶柱_ 2. 2. 2 AAM浓度对凝胶柱弹性的影响图6为AAM浓度对凝胶柱弹性模量的影响.利 用反应45 m in的微凝胶制备凝胶柱，50t下反应，图6中可见随着单体AAM的增加，凝胶柱的弹性模 量和刚性也变大，由于随着单体量的增加，凝胶柱的 内部结构变得紧密，拉伸所需要力也越大，故凝胶柱 的弹性模量增大.0,80 1,06 1.33 5.60 IS6 2.B_a〇Si-!)图6不同AAM浓度对凝胶柱弹性模量的影响Fig. 6 Effect of different concentrations of AAM on elasticity modulus of gel column2.2.3微凝胶与水比例对凝胶柱弹性的影响图7为微凝胶与水比例对凝胶柱弹性的影响. 取聚合45 min的微凝胶，用不同量的水对其进行稀 释，在501下制备凝胶柱，图7中当微凝胶的量和水的体积比为1:1时，凝胶柱的弹性模量最大，增 加或减少微凝胶的量均使弹性模量减小；当微凝胶 与水的体积比大于1:1时，由于微凝胶过多，使 AAM单体成聚合物后聚合物之间接点变多，凝胶的 柔韧性变大;当微凝胶于水的体积比小于1:1时，作为接点的微凝胶减少，AAM单体间聚合不牢固，出现滑动，使拉伸到一定长度的拉力变小，凝胶柱的 弹性模量变小.胶冰^图7同微凝胶与水比例对凝胶柱弹性的影响Fig. 7 Effect of different volume ratio of microgels and water on elasticity of gel column2.2.4反应温度对凝胶柱弹性的影响图8为改变凝胶柱的制备温度对凝胶柱弹性模量的影响.由图8可见，反应温度越低，凝胶的弹性模量越大，随着反应温度增高，凝胶柱的柔钿性变大，温度越低反应时间越长，35T时凝胶柱彻底成型 需要3 d以上，而到了 70丈只需要约1h就能凝固. 说明凝胶柱成型温度对凝胶柱的刚性有一定影响，低温成型的凝胶由于成型时间长，AAM单体缓慢聚 合，使骨架比较规整，弹性模量大;而高温下AAM 单体暴聚，使得聚合物骨架较松散，故弹性模量小，刚性小.30 40 50 m70 marc图8不同温度下制备的凝胶柱的拉伸受力Fig. 8 Effect of different temperature on elasticity properties4结语采用微凝胶法，制备了具有高弹性的PAAM水 凝胶，当微凝胶聚合时间达到40 m in时，水凝胶弹性急剧增加，时间越长，利用其制备的水凝越柔软，弹性模量越小.随着AAM单体量的增加，水凝胶的 硬度变大.在微凝胶和水的体积比为1:1时，凝胶 柱的弹性模量最大.制备凝胶柱的反应温度越高，弹性模量越小，而成型越快.参考文献[1 ]L a b arre D，L a u ren t A, L au tier A, et al. C o m p lem e n tactiva tio n b y su b stitu ted p o lyacrylam id e h yd ro g els fo rem b o lisa tio n a n d im p la n ta tio n[ J ]. B iom aterials, 2002,23(11) ：2319-2327.[2] L u J J, L iu S R, P u Q S. R ep laceable cross-lin kedp olyacrylam id e fo r h igh p erfo rm a n ce sep a ra tio n ofp ro te in s [J]. J P ro te o m e R es ,2005 ,4( 3 ) ： 1012-1016. [3] C h ih iro A,Takashi S,T osh ifu m i T. A ffin ity-trap p o lyacry la m id e gel electrop h oresis：a n o v el m e th o d of ca p tu rin gspecific p ro te in s b y e lectro-tra n sfer. [ J]. S eib u tsu B u tsu riKagaku,2014,58(2) ：30-32.[4] S etty C M,D eshm ukh A S,Badiger A M. H yd ro lyzedp o lyacrylam id e g ra fte d carb o xym eth ylxylo glu can b asedm icro b ead s fo r p H resp o n sive d ru g d elivery [ J ]. In tJ第1期肖新才，等:高弹性聚丙烯酰胺水凝胶的制备及拉伸性能研究51Biol Macromol,2014,67(3) ：28-36.[5] Setty C M,Deshmukh A S,Badiger A M. Hydrolyzedpolyacrylamide grafted maize starch based microbeads ：Application in pH responsive drug delivery [ J ]. Int JBiol Macromol,2014,70(8) ：l-9.[6]张健,魏占民，韩冬，等.聚丙烯酰胺对盐渍化土壤水分垂直人渗特性的影响[J].水土保持学报，2015,29(3) ：256-261.[7] Xiang Y Q,Peng Z Q,Chen D J. A new polymer/claynano-composite hydrogel with improved response rate andtensile mechanical properties [ J ]. Eur Polym J, 2006,42(9) ：2125-2132.[8] Fleury G,Schlatter G,Brochon C,et al. Topological polymernetworks with sliding cross-link points ： the “ sliding gels ”relationship between their molecular structure and theviscoelastic as well as the swelling properties [ J ].Macromolecules,2007,40(3) ：535-543.[9] Rebecca E W, Creton C, Brown H R, et al. Large strainhysteresis and mullins effect of tough double-networkhydrogels [ J ]. Macromolecules, 2007，40 ( 8 ):2919-2927.[10] Fei X，Xu S，Feng S，et al. Mechanically strengtheneddouble network composite hydrogels with high watercontent：a preliminary study[ J]. J Polym Res,2011,18(5) ：1131-1136.[11] Chen Q,Wei D,Chen H,et al. Simultaneous enhancementof stiffness and toughness in hybrid double-networkhydrogels via the first, physically linked network [ J ].Macromolecules ,2015,48 (21) ：8003-8010.[12] Li P,Xu K,Ying T,et al. A novel fabrication method oftemperature-responsive poly ( acrylamide ) compositehydrogel with high mechanical strength [ J ]. Polymer,2013,54(21) ：5830-5838.[13] Xia L W,Xie R,Ju X J,e t al. Nano-structured smarthydrogels with rapid response and high elasticity. [ J ].Nat Commun,2013,4(7) ：375-381.[14] Yang J, Han C R, Duan J F, et al. Mechanical andviscoelastic properties of cellulose nanocrystalsreinforced poly ( ethylene glycol ) nanocompositehydrogels [ J ]. ACS Appl Mater Interfaces, 2013,5(8) ：3199-3207.[15] Li C,Mu C,Lin W,et al. Gelatin effects on the physico-chemical and hemocompatible properties of gelatin/PAAm/laponite nanocomposite hydrogels. [J]. ACS Appl MaterInterfaces ,2015，7( 33): 18732-18741 •[16] Das S,Irin F,Ma L,et al. Rheology and morphology ofpristine graphene/polyacrylamide gels. [J]. ACS ApplMater Inter,2013,5( 17) ：8633-8640.[17] Yang C H，Wang M X，Haider H，et al. Strengtheningalginate/polyacrylamide hydrogels using variousmultivalent cations. [ J ]. ACS Appl Materlnter,2013 ,5(21) ： 10418-10422.[18] Lin W C,Fan W,Marcellan A,et al. Large strain andfracture properties of poly ( dimethylacrylamide ) /silicahybrid hydrogels [ J ]. Macromolecules, 2010,43 ( 5 )：2554-2563.[19] Zhang Q,Li X,Zhao Y,et al. Preparation and performanceof nanocomposite hydrogels based on different clay [ J ].Applied Clay Science ,2009,46(4) ：346-350.[20] Xia L W,Rui X,Ju X J,e t al. Nano-structured smarthydrogels with rapid response and high elasticity. [ J ].Nat c〇mmun,2013,4(7) ：375-381.[21]谭雪梅，万涛，胡俊燕，等.聚合物智能纳米凝胶的反相微乳液聚合法合成与性能[J].高分子材料科学与工程，2014,30(5) :20-24.[22]李祯珍，周淑彦，窦红静，等.自组装辅助聚合法制备纤维素基温度/p H双敏感性焚光纳米凝胶[J].高等学校化学学报,2014,35(7) :1608-1614.[23]肖新才，邓萌萌，肖咪，等.自组装法制备丝心蛋白微球[J].中南民族大学学报（自然科学版），2016,35(1) ：50-54.[24]童霞，王飞，于明，等.溶剂稳定的钯纳米颗粒自组装体的控制合成[j].中南民族大学学报（自然科学版），2009,28(1):4-7.[25]乔向利，侯征迟，盛康龙，等.光聚合法对聚异丙基丙烯酰胺纳米凝胶粒径及形状的控制[J].微纳电子技术，2003,Z1(7) :523-525.。
PVA水凝胶的制备及研究综述
PVA水凝胶的制备及研究综述PVA（聚乙烯醇）水凝胶是一种具有弹性、可溶于水的高分子材料，具有广泛的应用前景，特别是在生物医学领域。
本文将对PVA水凝胶的制备方法和相关研究进行综述。
PVA水凝胶的制备方法多种多样，主要包括物理交联法、化学交联法和生物交联法。
其中，物理交联法是通过改变PVA溶液中的温度、pH值或添加剂来实现凝胶化。
这种方法简单易行，但凝胶的力学性能较差，不耐水。
化学交联法是通过添加交联剂或引发剂，使PVA分子间发生交联反应，形成三维网络结构。
这种方法可以调节凝胶的交联程度，从而改变其力学性能和水溶性。
生物交联法是利用酶或菌体等生物体内的酶促反应来进行交联，具有良好的生物相容性和可降解性。
PVA水凝胶的研究涵盖了多个方面，其中包括力学性能、形态结构、生物相容性和药物释放等。
力学性能是评价水凝胶质量的重要指标，与交联程度和结构有关。
研究发现，PVA水凝胶的力学性能可以通过调节交联剂浓度、交联时间和交联温度等条件来改善。
形态结构研究表明，PVA水凝胶具有均匀的孔隙结构和互穿网络，有利于负载药物和细胞的扩散和生长。
生物相容性是评价材料在生物体内应用的重要指标，PVA水凝胶具有低毒性和良好的生物相容性，已被广泛用于组织工程和药物传递领域。
药物释放研究表明，PVA水凝胶可以控制药物的释放速率和时间，可用于缓释药物和局部治疗。
除了上述方面的研究，PVA水凝胶还可以与其他材料进行复合，以改善其性能。
例如，将纳米材料引入PVA水凝胶中，可以提高其力学性能和生物相容性。
同时，还可以通过改变PVA水凝胶的交联方式和结构，来实现对凝胶性质的调控。
综上所述，PVA水凝胶是一种具有广泛应用前景的材料，制备方法多样，研究内容涵盖了力学性能、形态结构、生物相容性和药物释放等方面。
未来的研究可以从更多角度探索PVA水凝胶的性能和应用，进一步发展其在生物医学领域的应用潜力。
聚乙烯醇水凝胶的制备及其溶胀性能
第39卷第8期化工技术与开发 V ol.39 No.8 2010年8月 Technology & Development of Chemical Industry Aug.2010聚乙烯醇水凝胶的制备及其溶胀性能孟立山1,2,詹秀环1 ,姚新建1(1.周口师范学院化学系,河南周口466001;2.周口市安全生产培训中心,河南周口466000摘要:以硼砂为交联剂,采用化学交联法制备了聚乙烯醇(PV A 水凝胶。
通过测试PV A 水凝胶的溶胀性能,讨论了聚乙烯醇与交联剂的最佳配比,以及盐浓度、温度、交联剂对其溶胀率的影响。
结果表明,随着交联剂用量的增加,PV A 水凝胶的溶胀率逐渐增大,当达到最大值时,又随着交联剂的增加而降低。
随着盐浓度的增加,PV A 水凝胶的溶胀率逐降低。
PV A 水凝胶没有温度敏感性。
关键词:聚乙烯醇;硼砂;水凝胶中图分类号:TQ 314.253 文献标识码:A 文章编号:1671-9905(201008-0013-02基金项目:河南省教育厅2010年度自然科学研究计划项目(2010B150032 作者简介:孟立山,(1982-,男,河南省沈丘县人,助理工程师通讯作者:姚新建,(1965-,男,河南省扶沟县人,教授,研究方向:功能高分子收稿日期:2010-05-26水凝胶具有软而湿的特点,因而具有优良的生物相容性,并在药物释放系统,仿生材料,伤口敷料等领域有着非常广泛的应用前景。
Yoshiif 等人通过电子辐照获得PV A 和PEO 共混凝胶,将它用作伤口敷料与普通纱布相比,除了给予伤口一个湿环境外,更重要的优点是:(1伤口愈合速度明显加快;(2在拆换的过程中对再生的皮肤表面没有任何伤害;(3不会有任何材料残余在伤口内。
聚乙烯醇水凝胶有化学交联和物理交联2种制备方法。
化学交联又有辐射交联和化学试剂两种方式。
化学试剂交联是指采用化学交联剂使聚乙烯醇水分子间发生化学交联而形成凝胶。
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第四章
表 征
Gel2(5:5)红外谱图 图6：Gel2(5:5)红外谱图
从图6可以看出， 从图6可以看出，3430cm-1是-NH2吸 收峰， 是酰胺Ⅱ带吸收峰， 收峰，1654cm-1是酰胺Ⅱ带吸收峰，在 出现一个小峰， 1612cm-1出现一个小峰，可能是羰基和 NH形成氢键 使波数降低， 形成氢键， -NH形成氢键，使波数降低，这说明 PAAM上的 C=O有部分是氢键化的 上的有部分是氢键化的， PAAM上的-C=O有部分是氢键化的， 的吸收峰， 2923cm-1是-CH3和-CH2的吸收峰，同样 证实了PAAM的特征结构。 PAAM的特征结构 证实了PAAM的特征结构。
第三章 制 备
实验工艺流程示意图
AAM+AA+BIS+ KPS VPU VPU-PAAM 复合水凝胶
PAAM 水凝胶
第四章 表 征
4.1 4.2 4.3 4.4 VPU-PAAM水凝胶数码照片 VPU-PAAM水凝胶数码照片 VPU-PAAM水凝胶红外谱图分析 VPU-PAAM水凝胶红外谱图分析 VPU-PAAM水凝胶的溶胀行为分析 VPU-PAAM水凝胶的溶胀行为分析 VPU-PAAM水凝胶的pH敏感性 VPU-PAAM水凝胶的pH敏感性 水凝胶的pH
第五章 结 论
采用自由基聚合法合成的 PAAM水凝胶和VPU-PAAM复合 水凝胶和VPU PAAM水凝胶和VPU-PAAM复合 共聚物水凝胶具有显著的pH 共聚物水凝胶具有显著的pH 敏感特性,VPU PAAM组成比 ,VPU和 敏感特性,VPU和PAAM组成比 例相等时能有较好的溶胀性 而且pH敏感性也较优。 pH敏感性也较优 能，而且pH敏感性也较优。
第四章
表 征
12：pH=6.86缓冲液中Gel1(0:10)～Gel5(7:3)配方凝胶的溶胀曲线 缓冲液中Gel1(0:10) 图12：pH=6.86缓冲液中Gel1(0:10)～Gel5(7:3)配方凝胶的溶胀曲线
第四章
表 征
pH=9.18缓冲液中Gel1(0:10)～Gel5(7:3)配方凝胶的溶胀曲线 缓冲液中Gel1(0:10) 图13 pH=9.18缓冲液中Gel1(0:10)～Gel5(7:3)配方凝胶的溶胀曲线
第四章
表 征
4.1
VPU-PAAM水凝胶数码照片 VPU-PAAM水凝胶数码照片
图1：Gel2(1:9)
图2：Gel3(3:7)
图3：Gel4(5:5)
图4：Gel5(7:3)
第四章
表 征
4.2
VPU-PAAM水凝胶红外谱图分析 VPU-PAAM水凝胶红外谱图分析
Gel1(0:10)红外谱图 图5：Gel1(0:10)红外谱图
第四章
表 征
4.4
VPU-PAAM水凝胶的pH敏感性 VPU-PAAM水凝胶的pH敏感性 水凝胶的pH
Gel1(0:10)的pH变化曲 图9：Gel1(0:10)的pH变化曲
10：Gel2(1:9)的pH变化曲线 图10：Gel2(1:9)的pH变化曲线
第四章
表 征
11：pH=4.00缓冲液中Gel1(0:10)～Gel5(7:3)配方凝胶的溶胀曲线 缓冲液中Gel1(0:10) 图11：pH=4.00缓冲液中Gel1(0:10)～Gel5(7:3)配方凝胶的溶胀曲线
第四章
表 征
4.3
VPU-PAAM水凝胶的溶胀行为分析 VPU-PAAM水凝胶的溶胀行为分析
4.3.1 VPU-PAAM水凝胶的溶胀速率 VPU-PAAM水凝胶的溶胀速率
Gel5(7:3)配方凝胶的溶胀曲线 图7：Gel1(0:10)～Gel5(7:3)配方凝胶的溶胀曲线
第四章
表 征
分析图7所示的 组配方的溶胀率 分析图 所示的5组配方的溶胀率，出现 所示的 组配方的溶胀率， 配方SR最大 了Gel1(0:10)配方 最大，而其他几组配方 配方 最大， SR依次降低的现象。可能是由于引入聚氨酯 依次降低的现象。 依次降低的现象 VPU与PAAM之间存在 之间存在-NH -C=O的相 后，VPU与PAAM之间存在-NH2与-C=O的相 互作用， 互作用，而-NH2与-C=O之间比例的不同直接 之间比例的不同直接 导致交联点的物理强度不同， 导致交联点的物理强度不同，致使凝胶的溶 胀受到不同程度的阻碍。 胀受到会的老师们！ 感谢答辩委员会的老师们！ 感谢导师张建安老师的精心指导！ 感谢导师张建安老师的精心指导！ 感谢化学化工学院和测试中心的老师们！ 感谢化学化工学院和测试中心的老师们！
第二章 引 言
水凝胶简介
1.三维交联网络与水组 1.三维交联网络与水组 成的多元体系， 成的多元体系，含有亲 水基团， 水基团，能吸水但不溶 于水的聚合物。 于水的聚合物。 2.在水中可溶胀至一平 2.在水中可溶胀至一平 衡体积仍保持其形态。 衡体积仍保持其形态。 3.许多水凝胶类似于含 3.许多水凝胶类似于含 有大量水的人体组织， 有大量水的人体组织， 具有较好的生物相容性。 具有较好的生物相容性。
第四章
表 征
从 图 5 可 以 看 出 在 3430cm 3430cm-1 出 现 峰 ， 这 是 N-H 伸缩振动引起的，伯胺的N 伸缩振动引起的，伯胺的N伸缩振动峰应该是双峰， H 伸缩振动峰应该是双峰 ， 但是此图中出现为单峰， 但是此图中出现为单峰，可 能是伯胺峰重叠导致的。 能是伯胺峰重叠导致的。
第四章 4.3.2 VPU-PAAM的退溶胀性能 VPU-PAAM的退溶胀性能
表 征
Gel5(7:3)配方凝胶的退溶胀曲线 图8：Gel2(1:9)～Gel5(7:3)配方凝胶的退溶胀曲线
第四章
表 征
从图8可以看出， 从图8可以看出，将凝胶从 pH=9.18转换到pH=4.00的环境中 转换到pH=4.00的环境中， pH=9.18转换到pH=4.00的环境中， 凝胶表现出明显的退溶胀现象， 凝胶表现出明显的退溶胀现象， 分析原因， 分析原因，可能是因为配方中的 AA是弱酸，其电离度受环境的pH AA是弱酸，其电离度受环境的pH 是弱酸 值影响较大，酸性环境抑制了AA 值影响较大，酸性环境抑制了AA 的电离， 的电离，减弱了凝胶网络中的静 电排斥作用， 电排斥作用，从而使得凝胶的吸 水率下降，产生了退溶胀作用。 水率下降，产生了退溶胀作用。
VPU-PAAM复合水凝胶的制备 VPU-PAAM复合水凝胶的制备 与性能研究
答辩人：姚 琨 答辩人： 专业： 专业：高分子材料与工程
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章
摘要 引言 制备 表征 结论
第一章 摘 要
首先以丙烯酰胺主单体， 首先以丙烯酰胺主单体 ， 丙烯酸 为功能单体，N,N’为功能单体 ， N,N -亚甲基双丙烯酰胺 为交联剂， 过硫酸钾为引发剂， 为交联剂 ， 过硫酸钾为引发剂 ， 合成 了聚丙烯酰胺（ PAAM） 水凝胶。 了聚丙烯酰胺 （ PAAM ） 水凝胶 。 接着 用乙烯基聚氨酯乳液(VPU) PAAM水凝 (VPU)对 用乙烯基聚氨酯乳液(VPU)对PAAM水凝 胶进行改性， 制备了VPU PAAM复合水 VPU胶进行改性 ， 制备了 VPU-PAAM 复合水 凝胶。 研究了不同的PAAM/VPU PAAM/VPU配比对 凝胶 。 研究了不同的 PAAM/VPU 配比对 水凝胶的溶胀度、pH敏感性的影响 敏感性的影响。 水凝胶的溶胀度、pH敏感性的影响。