【摘 要】
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水凝胶在日常生活已存在诸多应用,其在生物工程、水污染治理、传感器、智能材料等领域更具有无穷的应用潜力,但是较弱的机械性能严重限制了凝胶的工程应用进展。本文以氧化石
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水凝胶在日常生活已存在诸多应用,其在生物工程、水污染治理、传感器、智能材料等领域更具有无穷的应用潜力,但是较弱的机械性能严重限制了凝胶的工程应用进展。本文以氧化石墨烯为物理交联剂,将纳米复合水凝胶与双网络水凝胶、双交联水凝胶和超分子水凝胶的机理结合起来,制备了两种不同体系的高强度氧化石墨烯纳米复合水凝胶,主要研究工作如下:1、以氧化石墨烯(GO)作为物理交联剂,以琼脂(agar)、丙烯酰胺(AM)为原料,合成了琼脂-聚丙烯酰胺/氧化石墨烯(agar-PAM/GO)双网络纳米复合水凝胶。该凝胶中,琼脂分子通过氢键交联形成第一网络,PAM高分子链吸附在GO表面形成了第二网络。该凝胶断裂强度达到332 kPa,断裂应变超过4600%;该凝胶在单轴拉伸时出现了与众不同的细颈现象,据此,深入分析了凝胶的断裂机理;切断后的水凝胶通过处理,其自愈合效率超过48%;2、借鉴双交联水凝胶和超分子水凝胶的机理,以α-环糊精(α-CD)、聚乙二醇甲基丙烯酸酯(PEGMA),丙烯酰胺为原料,以氧化石墨烯作为物理交联剂,合成了聚(丙烯酰胺-co-聚乙二醇甲基丙烯酸酯)/氧化石墨烯/环糊精[GO/P(AM-co-PEGMA)/CD]双交联纳米复合水凝胶。该凝胶中高分子主链吸附在GO片层上形成第一交联体系,由α-CD与侧链之间形成的轮烷彼此通过α-CD分子之间的氢键紧密结合在一起,形成第二交联体系。该凝胶拉伸断裂强度达到660 kPa,研究发现α-CD与PEGMA的摩尔比例等因素对凝胶性能有显著影响;该凝胶具有良好的热塑性能,重新塑形的GO/P(AM-coPEGMA)/CD水凝胶强度达到612 kPa;研究中还探索了该凝胶的热响应形状记忆行为。
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