1、智能凝膠的制備及配方摘要：高分子凝膠是由具有三維交聯(lián)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的聚合物與低分子介質(zhì) 共同組成的多元體系，其大分子主鏈或側(cè)鏈上含有離子解離性、極性 或疏水性基團，對溶劑組分、溫度、pH值、光、電場、磁場等的變化 能產(chǎn)生可逆的、不連續(xù)（或連續(xù)）的體積變化，所以可以通過控制高分子 凝膠網(wǎng)絡的微觀結(jié)構(gòu)與形態(tài)，來影響其溶脹或伸縮性能，從而使凝膠對 外界刺激作出靈敏的響應，表現(xiàn)出智能。1概述：水凝膠是一種柔軟、濕潤的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)材料，在仿生材料或生物醫(yī)學材 料領(lǐng)域有廣泛的應用前景。但傳統(tǒng)的水凝膠機械性能差，限制了其應 用。目前，人們主要通過合成具有拓撲結(jié)構(gòu)、雙網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)（ DN gel） 的水凝膠、或者采用納米復

2、合或click技術(shù)來提高水凝膠的機械性能。 本實驗主要以2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）為單體制備第一網(wǎng) 絡。以丙烯酰胺（AAM ）為單體作為第二網(wǎng)絡并均勻分散于第一網(wǎng) 絡中，并聚合成第二網(wǎng)絡。以 N, N -亞甲基雙丙烯酰胺（NMBA ） 為交聯(lián)劑，以過硫酸鏤（APS）為引發(fā)劑，以去離子水作為溶劑進行 反應，得到雙網(wǎng)絡水凝膠（DN凝膠）。分別考查了不同AAM含量以 及不同引發(fā)劑用量DN凝膠的拉伸性能及溶脹性能。.實驗材料實驗藥品丙烯酰胺（AAM ）;2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）;NN-亞甲基雙丙烯酰胺（NMBA ）;過硫酸鏤（APS）;去離子水；實驗儀器REGER-30f

3、fl微機控制萬能材料試驗機；HH-1型電熱恒溫水浴鍋（北京科偉永興儀器有限公司）；ZD79-瞋空干燥箱（北京興爭儀器設備廠）；FA1104Al子天平（上海精天電子儀器廠）；其他：燒杯，玻璃片，表面皿，量筒，玻璃棒，滴管，鐐子，小刀，封口膜等。.實驗過程聚合物第一網(wǎng)絡（PAMPS涿列將一定量的水、精制AMP&過硫酸鏤、N,N-亞甲基雙丙烯酰胺加入燒杯中，得到無色透明溶液。將上述溶液，加入兩片載玻片和橡膠隔層制成的模具中，密封。將上述模具放入60c水浴中加熱，恒溫下反應4個小時后，停止反應。即得無色透明凝膠。出料時，將四組反應產(chǎn)物從玻片中取出。表1第一網(wǎng)絡配方交聯(lián)劑(g)去離子水(ml)單體AMP

4、S(g)引發(fā)劑APS(g)0.124204.140.0456聚合物凝膠第二網(wǎng)絡系列將一定量的水、精制AAM、過硫酸鏤、N,N-亞甲基雙丙烯酰胺加 入燒杯中。將第一網(wǎng)絡水凝膠浸泡于第二網(wǎng)絡預聚液中，放入0 c冰箱中冷藏,溶脹24個小時后，取出。壓片：將溶脹后的凝膠，小刀裁剪成合適尺寸，放入載玻片橡膠隔 層組成的模具中。放入60c水浴中加熱，恒溫下反應4-5個小時后，停止反應。即得 互穿網(wǎng)絡凝膠聚合物。表2第二網(wǎng)絡配方單體AAM(g)引發(fā)劑(g)交聯(lián)劑(g)去離子水(ml)1#5.680.36840.1248025.680.18420.124803#2.840.18420.12480聚合物凝膠互穿

5、網(wǎng)絡系列將上步中得到的兩組智能凝膠分別放置編號第一片、第二片。將第一片取出后直接測拉伸。聚合物凝膠互穿網(wǎng)絡系列第二片取出后放置于盛有去離子水的燒杯中。密封，至于常溫下放置24個小時。取出第二片，測拉伸。凝膠在蒸儲水中的溶脹行為將一片互穿網(wǎng)絡凝膠裁剪成正方形小塊。將裁剪好的凝膠放入烘箱中烘干。 不定時測其質(zhì)量，待質(zhì)量不再改 變后取出。放入盛有去離子水的燒杯中，密封。常溫下放置半個小時。取出稱重。并記錄。放回水中繼續(xù)常溫下浸泡，半小時后取出稱量，如此反復每半小時 稱量一次，直至四次后，每一小時稱量一次，浸泡 24小時后稱重一最 后次。.結(jié)果與討論結(jié)果圖1. DN凝膠結(jié)構(gòu)示意圖PAM PSPAAm5

6、ml該圖為雙網(wǎng)絡水凝膠，由2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）作為單體，聚合形成第一網(wǎng)絡凝膠，由丙烯酰胺（AAM ）作為單體均勻擴散在第一網(wǎng)絡凝膠中，并聚合形成第二網(wǎng)絡凝膠。得到雙網(wǎng)絡水凝膠。不同單體含量對拉伸的影響浸泡前表3浸泡前不同AAMB量對拉伸強度的影響單體AAM引發(fā)劑交聯(lián)劑用量（g）去離子水（ml拉伸強度MPa斷裂伸長率通(g)APS(g)2#5.680.18420.124800.135799.563#2.480.18420.124800.100081.42圖2. 2#樣浸泡前拉伸曲線系列1寬：7mm 厚：2mm 標距：20mm載荷最大值：1.9 N拉伸強度：1.9/2*7=0.

7、1357 MPa斷裂伸長率：23.894/24*100%=99.56%圖3. 3#樣浸泡前拉伸曲線應變寬：8mm 厚：2mm 標距：23mm載荷最大值：1.6 N拉伸強度：1.6/2*8=0.1 MPa斷裂伸長率：18.726/23*100%=81.42%在交聯(lián)劑含量為0.124 g引發(fā)劑含量為0.1842 g去離子水含量 為80ml情況下，單體用量為5.68g時，拉伸強度為100kPa。單體用量 為2.48g時拉伸強度為135.7kPa,拉伸強度要好約為前者1.36倍。浸泡后表4浸泡后不同AAMII量對拉伸強度的影響單體AAM引發(fā)劑交聯(lián)劑用量(g去離子水(ml)拉伸強度MPa斷裂伸長率(%(

8、g)APS(g2#5.680.18420.124800.09179.113#2.480.18420.124800.02728.59圖4. 2鄧羊浸泡后拉伸曲線F但應變系列1寬：8mm 厚：3mm 標距：24mm載荷最大值：2.2 N拉伸強度：2.2/3*8=0.091 MPa斷裂伸長率：18.98767/24*100%=79.11%圖5. 3鄧羊浸泡后拉伸曲線應變寬：6mm 厚：3mm 標距：30mm載荷最大值：0.45 N拉伸強度：0.45/3*6=0.027 MPa斷裂伸長率：8.576667/30*100%=28.59%實驗結(jié)果表明：在用水浸泡過之后，隨著單體濃度的增加，凝膠拉伸強度有了

9、明顯的提高，從27kPa曾加到91kPa增加了 3倍多，斷裂伸長 率由28.59%曾力口至U 79.11%。是因為單體濃度的增加，是的擴散在第一 網(wǎng)絡中的PAAM含量增加，為凝膠增韌效果更強。不同引發(fā)劑含量對拉伸的影響在交聯(lián)劑含量為0.124 g單體含量為5.68 g去離子水含量為 80ml情況下，引發(fā)劑含量為0.3684 g凝膠的拉伸性能好。浸泡前表5浸泡前不同AAMB量對拉伸強度的影響單體AAM引發(fā)劑交聯(lián)劑(g)去離子水(ml)強度MPa斷裂伸長率(%(g)(g)1#5.680.36840.124800.07110.662#5.680.18420.124800.135799.56圖6. 1

10、#樣浸泡前拉伸曲線系列1寬：5mm 厚：2mm 標距：24mm載荷最大值：0.7 N拉伸強度：0.7/5*2=0.070 MPa斷裂伸長率：26.55833/24*100%=110.66%圖7. 2鄧羊浸泡前拉伸曲線系列1寬：7mm 厚：2mm 標距：20mm載荷最大值：1.9 N拉伸強度：1.9/2*7=0.1357 MPa斷裂伸長率：23.894/24*100%=99.56%當引發(fā)劑用量為0.3684g時,其斷裂伸長率(110.66%)與引發(fā)劑用量 為0.182判的斷裂伸長率(99.56%)相差不多，但是后者拉伸強度明 顯優(yōu)于前者。浸泡后表6浸泡后不同AAMB量對拉伸強度的影響單體AAM引

11、發(fā)劑交聯(lián)劑(g)去離子水(ml)度MPa斷裂伸長率(%(g)(g)1#5.680.36840.124800.035662.292#5.680.18420.124800.09179.11圖8. 1型羊浸泡后拉伸曲線系列1寬：9mm 厚：2.5mm 標距：21mm載荷最大值：0.8 N拉伸強度：0.8/9*2.5=0.0356 MPa斷裂伸長率：12.66033/21*100%=60.29%圖9. 2#樣浸泡后拉伸曲線寬：8mm 厚：3mm 標距：24mm載荷最大值：2.2 N拉伸強度：2.2/3*8=0.091 MPa斷裂伸長率：18.98767/24*100%=79.11%實驗結(jié)果表明：在浸泡

12、之后，隨著引發(fā)劑用量的減少，凝膠的拉伸強 度會明顯提高，從之前的35.6kPabl高到91kPa有將近3倍。計算水凝膠的溶脹率計算水凝膠的溶脹度(SR ): SR= (Wt- Wd ) /Wd 乂 100%.首先將水凝膠在去離子水中充分溶脹達到平衡，然后隨時間增加出現(xiàn)平穩(wěn)趨勢。W叨溶脹平衡時凝膠質(zhì)量。WM干凝膠質(zhì)量表7 1 #樣溶脹倍率00.01280300.07404.78125600.09456.382813900.12068.4218751200.13399.4609381500.147810.546881800.158811.406252400.174312.617193000.183

13、713.351564200.195114.2421914400.204915.00781表82#樣溶脹倍率時間溶脹倍率00.02860300.11192.912587600.18755.555944900.22716.9405591200.26918.4090911500.29699.3811191800.316810.076922400.344411.041963000.367511.849654200.384012.4265714400.389712.62587表9 3#樣溶脹倍率時間溶脹倍率00.00860300.02842.302326600.07617.848837900.09389

14、.9069771200.109311.70931500.119712.91861800.125713.616282400.135214.720933000.140515.337214200.143115.6395314400.144215.76744不同單體含量對溶脹率的影響圖10. 2 #樣與3樣溶脹曲42加樣溶脹倍至器樣溶脹倍至3#樣比2#樣溶脹性能。初始溶脹倍率隨著溶脹時間迅速上升，420 分鐘（7小時）后溶脹倍率達到平衡。如圖10.所示，單體濃度低時， 平衡溶脹率高，這是因為單體濃度低，網(wǎng)絡更為疏松，容易擴張膨脹， 故溶脹倍率更高。不同引發(fā)劑含量對溶脹率的影響

15、圖11.1#樣與2#樣溶脹曲線1#樣比2#樣溶脹性能好。初始溶脹倍率隨著溶脹時間迅速上升， 420分鐘（7小時）后溶脹倍率達到平衡。如圖11.所示。引發(fā)劑濃度 高時，平衡溶脹率高，因為高引發(fā)劑濃度使得第二網(wǎng)絡單體AA施分聚合，留有更多的空間，凝膠容易擴張膨脹，故溶脹倍率高。討論單體濃度對凝膠的影響在第二網(wǎng)絡中，隨著單體濃度的增加，凝膠的拉伸強度增加，但 是溶脹倍率會降低，因為單體濃度低，第一網(wǎng)絡更為疏松，容易擴張 膨脹，故溶脹倍率更高。在第二網(wǎng)絡中，引發(fā)劑用量的減少，會令凝膠拉伸性能呢個提高，但 是溶脹倍率會降低。因為在保證充分引發(fā)的條件下，過多的引發(fā)劑會 隨著PAAMK起擴散到第一網(wǎng)絡中，影響其性能。參考文獻1姚新建，李可，李書靜.互穿網(wǎng)絡水凝膠的制備及其性能研究J.江蘇農(nóng)業(yè)科學,2011,39(6):491-492.2郭艷云，胡國勝，史永文,王標兵，