PVP-PAMPs/PAAm三元复合双网络水凝胶的制备与性能研究

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水凝胶作为一种优良的高分子材料在近二三十年来一直受到广泛的关注,各种不同组成、结构以及性能的水凝胶产品已经被研究、制备出来并在生产生活中得到广泛的应用。但是随着研究的深入,水凝胶机械性能差的缺点也被逐渐暴露出来,极大的限制了水凝胶的应用前景,所以对高强度的双网络结构水凝胶的进一步研究具有重要意义。本文采用两步法双引发体系制备了PAMPs/PAAm双网络水凝胶,研究了该方法制备的双网络水凝胶的辐照时间、引发剂用量、单体比例的影响。第一步使用紫外光为引发条件,辐照时间为50s,引发剂α-酮戊二酸用量为0.6mol-%,单体初始浓度CAMPs=1mol/L,第二步使用热为引发条件,反应时间为15h,引发剂KPS用量为0.1mol-%,单体初始浓度为CAAm=2mol/L,该工艺条件下制备的双网络水凝胶90%压缩比下的压缩强度为11.28MPa。同时本文使用PVP对双网络水凝胶进行改性,制备了PVP-PAMPs/PAAm三元复合双网络结构水凝胶。研究了PVP的分子量、含量对TCDN凝胶力学性能、溶胀性能以及水凝胶形貌的影响,推测了其增强机理。研究结果表明:不同分子量(K15:8000、K30:58000、K90:1300000)的PVP对复合凝胶结构的影响并不相同,K15的PVP对凝胶网络的主要作用为阻碍其规整交联,使凝胶交联结构松散,提供PAAm分子链更大的自由度,复合凝胶的压缩强度稍有降低,但破裂应变提高,压缩比达到95%以上仍不发生破裂。K30的PVP对复合凝胶结构的主要作用是通过与PAMPs主链结构的刚性互穿,物理缠结,形成交联密度较高的刚性网络结构,为双网络结构提供了更大的应变能,表现为强度的大幅度提高。K90的PVP由于极高的分子量,与PAMPs主链网络的刚性互穿程度大大增加,导致交联密度过高,限制了PAAm链的自由度,反而导致凝胶断裂应变大幅度降低,凝胶整体强度降低。K30的PVP含量为5%时,制备的TCDN凝胶在压缩比达到90%时的压缩强度为30.14Mpa,比同样压缩率下的DN凝胶的压缩强度提高了近3倍,凝胶被压缩后形貌完整,没有大裂纹的破坏出现。最后,本文使用罗丹明B作为模型药物,研究了DN凝胶和TCDN凝胶的药物吸附与释放行为。研究表明:PVP的引入,易于罗丹明B分子结构中的羧基络合,形成热力学稳定的固态络合物,提高了TCDN凝胶对罗丹明B的吸附能力。影响复合凝胶对罗丹明B的释放行为的主要因素为凝胶的交联结构、以及PVP对罗丹明B的络合作用。
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