纤维素基快速响应多功能水凝胶的构建及功能特性研究

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wangxun416
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近年来,基于天然高分子水凝胶,通过互穿结构网络法制备智能水凝胶,在高分子材料领域获得了广泛关注和应用。智能水凝胶在实际应用中不仅需要考虑其响应性能,水凝胶的响应速率也十分重要。温度敏感导电水凝胶兼具温度响应性能与导电聚合物优异的电学性质。因此,利用天然高分子纤维素、温度敏感聚合物聚N-异丙基丙烯酰胺与导电高分子聚吡咯三种聚合物构建水凝胶网络,赋予水凝胶快速溶胀性能,良好的温度敏感性能与导电性能,该材料将具有广泛的应用前景。本研究首先通过化学交联的方法制备纤维素水凝胶,利用水凝胶内部残留的大量尿素,对纤维素水凝胶进行醋酸处理制备具有丰富孔隙结构的多孔水凝胶。进一步地,基于纤维素凝胶多孔骨架,通过互穿聚合物结构网络法制备纤维素温度敏感水凝胶。最后,通过原位氧化聚合在纤维素温度敏感水凝胶内部聚合聚吡咯,获得纤维素温度敏感导电水凝胶。论文主要从以下三方面展开研究:(1)以碱尿素体系在低温下溶解纤维素得到纤维素溶液,以环氧氯丙烷作为交联剂通过化学交联构建纤维素水凝胶,以浓度分别为0、2 wt%、4 wt%、6 wt%的醋酸溶液处理水凝胶一定时间从而提高水凝胶的孔隙率。随着酸处理浓度的升高,水凝胶中出现了更多孔状结构,比表面积具有较大的提升,水凝胶的溶胀速率也有了明显的改善。(2)在多孔水凝胶的基础上,采用互穿聚合物网络结构法,在纤维素多孔水凝胶骨架上合成聚N-异丙基丙烯酰胺,构建温度响应水凝胶。随着酸处理浓度的提升,凝胶的平衡溶胀速率以及消溶胀速率都有了明显提升。随着温度敏感水凝胶中交联剂用量的提升,水凝胶的相转变温度呈现上升的趋势。(3)在纤维素快速响应温度敏感水凝胶骨架上采用原位氧化聚合法合成了聚吡咯纳米颗粒。复合水凝胶的热分解温度有一定的降低,热稳定性有所下降;随着吡咯浓度的提升,水凝胶导电性能具有明显的提升,复合导电水凝胶的电导率呈现上升的趋势,其中水凝胶的电导率最高达到了9.5×10-4 S/cm。
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