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《粘土聚合物納米復(fù)合水凝膠的合成及結(jié)構(gòu)性能表征》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、摘要粘土／聚合物納米復(fù)合水凝膠的合成及結(jié)構(gòu)性能表征摘要聚合物水凝膠已成為人們生活中必不可少的一部分，在許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，如，分子濾膜、超強(qiáng)吸水劑、接觸透鏡等。由于智能凝膠能夠?qū)ν饨绲沫h(huán)境刺激產(chǎn)生有效響應(yīng)，被廣泛研究以用于藥物釋放系統(tǒng)、萃取分離、微通道元件、形狀記憶材料及響應(yīng)性顯示元件等。但是，目前智能凝膠仍存在一些致命缺點(diǎn)，如響應(yīng)速率慢、機(jī)械強(qiáng)度差等。因此，近期對(duì)智能凝膠研究主要有以下三個(gè)趨勢(shì)：智能凝膠的微納米化及多功能化、提高塊狀智能凝膠的響應(yīng)速率、提高水凝膠的力學(xué)性能。本論文以提高凝膠力學(xué)性能與改善凝膠響應(yīng)性能為目的，選用一種經(jīng)焦磷酸
2、鈉改性的鋰皂石(LaponiteXLS，粘土S)作為交聯(lián)劑，采用原位聚合方法合成了一系列粘土／聚合物納米復(fù)合凝膠，得到了一系列具有優(yōu)異力學(xué)性能及特殊響應(yīng)行為的納米復(fù)合凝膠，對(duì)其合成方法、性能及結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)研究。取得了如下主要結(jié)果：1．選用了改性的鋰皂石(LaponiteXLS，粘土S)作為交聯(lián)劑，通過原位溶液聚合方法合成了一系列高粘土含量的粘土S／聚(N．異丙基丙烯酰胺)(PNIPAAm)納米復(fù)合水凝膠(S．N凝膠)。對(duì)其力學(xué)性能研究發(fā)現(xiàn)該凝膠具有極高的拉伸斷裂強(qiáng)度及拉伸斷裂伸長(zhǎng)率，較快的應(yīng)力松弛，較大的力學(xué)損耗以及低的拉伸回彈率。對(duì)該凝膠消
3、溶脹行為、透光率的溫敏性以及DSC分析，表明在高粘土含量(>10wt％)時(shí)，由于粘土片層使大分子鏈親水化，導(dǎo)致凝膠的宏觀相變行為消失。對(duì)凝膠結(jié)構(gòu)進(jìn)行-j．XRD、SEM、AFM及TEM表征，結(jié)果表明粘土在凝膠中有著良好的分散，且凍干的S—N凝膠呈多孔狀，可作為潛在的多孔材料。2．通過原位聚合法合成了一系列高粘土含量的粘土S／聚丙烯酰胺(PAAm)納米復(fù)合凝膠(S—M凝膠)。對(duì)S．M凝膠的力學(xué)性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究，該凝膠具有高拉伸強(qiáng)度、超高的斷裂伸長(zhǎng)率，且與S．N凝膠相比，S．M凝膠具有很小的力學(xué)損耗以及良好的回彈性；對(duì)聚合過程中S—M預(yù)聚液體系的
4、透光率的研究表明，在納米復(fù)合凝膠合成過程中，體系是否會(huì)發(fā)生透光率變化與聚合所得大分子的親水性強(qiáng)弱有關(guān)：S．M凝膠的溶脹行為表明，S．M凝膠的溶脹倍率隨粘土含量或聚合物含量的升高而減??；對(duì)S．M凝膠的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，XRD圖譜表明在濕態(tài)的高含量S．M凝膠中，粘土呈完全剝離狀態(tài)，在于凝膠中，由于體積的減小，部分粘土聚集呈插層摘要狀態(tài)。S．M的SEM照片表明，在粘土含量較低時(shí)，粘土在冷凍干燥凝膠中呈良好分散，而在粘土含量高時(shí)，粘土在凍干凝膠中部分團(tuán)聚。3．成功地合成了一系列粘土S／Poly(NIPAAm．CO—AAm)g內(nèi)米復(fù)合水凝膠(S—N．M凝膠
5、)。該凝膠具有較好的力學(xué)性能，較高的拉伸強(qiáng)度和較高的斷裂伸長(zhǎng)率。其斷裂伸長(zhǎng)比優(yōu)于S．N水凝膠，而拉伸強(qiáng)度則高于S．M水凝膠。通過調(diào)節(jié)聚合物的配比可對(duì)S-N．M凝膠的力學(xué)性能與溶脹性能進(jìn)行調(diào)控。納米復(fù)合水凝膠的力學(xué)性能取決于大分子的親水性及柔性。通過對(duì)S-N—M納米復(fù)合水凝膠在反應(yīng)過程中透光率變化規(guī)律的研究，再次證實(shí)了透光率是否變化與聚合物的親水性有關(guān)，聚合物親水性越強(qiáng)則透光率變化越小，疏水性越強(qiáng)則變化越大。4．通過熱處理制備了一系列具有超高溶脹倍率的粘土S／PAAm納米復(fù)合水凝膠(S．M．T凝膠)，其溶脹倍率高達(dá)20009／g以上；通過對(duì)該高溶
6、脹倍率凝膠的研究，發(fā)現(xiàn)熱處理提高凝膠溶脹倍率的機(jī)理在于高溫增大了PAAm的活動(dòng)性，使得許多PAAm的重復(fù)單元從粘土上脫離，增大了交聯(lián)點(diǎn)問分子量，從而增大了凝膠的溶脹倍率；通過對(duì)該凝膠的溶脹行為研究，發(fā)現(xiàn)該凝膠對(duì)外界溶液中的離子十分敏感，與傳統(tǒng)離子型高吸水凝膠的溶脹行為相似，據(jù)分析應(yīng)是由于粘土片層帶電荷所至；通過對(duì)凝膠的力學(xué)性能測(cè)試發(fā)現(xiàn)凝膠在處理后力學(xué)性能并未有所下降，且在高溶脹倍率下仍具有遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)高吸水凝膠的力學(xué)性能，有望在對(duì)力學(xué)性能及溶脹倍率要求都較高的領(lǐng)域有所應(yīng)用。5．采用原位聚合的方法成功合成了粘土／聚(N．異丙基丙烯酰胺)／聚乙二醇納
7、米復(fù)合水凝膠(S．N—P凝膠)，聚7,_--醇(PEG)的引入能使原本在高粘土含量的PNIPAAm紹]米復(fù)合凝膠中消失的LCST重現(xiàn)，據(jù)分析應(yīng)是PEG的引入占據(jù)了粘土上的一些交聯(lián)位置，從而使PNIPAAm活動(dòng)性增大；加大PEG6000用量，得到了具有雙臨界共溶溫度(UCST、LCST)的S．N—P凝膠，且凝膠的UCST及LCST皆隨PEG6000含量的增加而下降，凝膠在十分狹窄的溫度區(qū)間中具有高透明度，在其它溫度范圍呈白色不透明狀，該凝膠在溫敏元件方面有潛在應(yīng)用。6．使用紫外引發(fā)光掩膜微通道原位聚合方法成功地合成了溫敏性納米復(fù)合凝膠微元件，該微
8、元件保持了納米復(fù)合凝膠優(yōu)異的力學(xué)性能，有～定的溫敏性能，預(yù)計(jì)將在某些對(duì)力學(xué)性能要求較高的溫敏微閥門上有潛在應(yīng)用。粘土含量是影響元件性能最主要的因素，當(dāng)
