基于丙烯酰胺類新型納米復(fù)合凝膠的制備與表征.pdf

1、以化學(xué)交聯(lián)劑制備的凝膠，其存在力學(xué)性能差的缺陷，限制了它在眾多領(lǐng)域的應(yīng)用。因此制備力學(xué)性能優(yōu)良的凝膠引起了廣大研究者的關(guān)注，先后開發(fā)了多種高力學(xué)性能的凝膠，如雙網(wǎng)絡(luò)凝膠、拓?fù)淠z、四聚乙二醇凝膠以及納米復(fù)合凝膠等。在這些凝膠中，納米復(fù)合凝膠具有制備方法簡(jiǎn)單、原料便宜和性能優(yōu)異（高力學(xué)、良好的透光性和溶脹性）等優(yōu)點(diǎn)，因此納米復(fù)合凝膠受到了研究者的廣泛重視。
　　 本文通過引入功能性材料的方法，對(duì)納米復(fù)合凝膠進(jìn)行了研究。將甲基丙烯酸

2、羥乙酯(HEMA)引入凝膠中，制備了新型PoLy(AM-co-HEMA)/Clay納米復(fù)合凝膠;將多壁碳納米管(MWNT)引入凝膠中，制備了新型PAM/MWNT/Clay和PNIPA/MWNT/Clay納米復(fù)合凝膠;首次報(bào)道了水分散性無機(jī)粘土-聚苯胺復(fù)合材料的制備方法，并將其引入凝膠中，制備了新型PNIPA/PANI/Clay納米復(fù)合凝膠。對(duì)各體系凝膠的結(jié)構(gòu)與性能進(jìn)行了研究和表征，取得了以下主要研究成果:
　　 1、通過原位自由

3、基聚合法，以無機(jī)粘土(Clay)為物理交聯(lián)劑和N,N’-亞甲基雙丙烯酰胺(MBA)為化學(xué)交聯(lián)劑，制備了包含物理和化學(xué)雙交聯(lián)結(jié)構(gòu)的新型Poly(AM-co-HEMA)/Clay納米復(fù)合凝膠。研究XRD表明，無機(jī)粘土的規(guī)整結(jié)構(gòu)已被破壞和剝離并隨機(jī)地分散在凝膠中，同時(shí)發(fā)現(xiàn)高分子鏈間存在新的有序結(jié)構(gòu);力學(xué)實(shí)驗(yàn)表明，凝膠具有一定的的壓縮和拉伸性能，且壓縮和拉伸性能可通過改變AM和HEMA的比例進(jìn)行調(diào)控。隨AM含量的增加，凝膠的溶脹率增大，拉伸強(qiáng)度

4、也提高。在溶脹率為3.5時(shí)，A3HC凝膠的斷裂伸長(zhǎng)率為370％，拉伸強(qiáng)度達(dá)到了0.48MPa。
　　 2、將MWNT引入凝膠中，以無機(jī)粘土(Clay)和MBA為交聯(lián)劑，制備了包含物理和化學(xué)雙交聯(lián)結(jié)構(gòu)的新型PAM/MWNT/Clay納米復(fù)合凝膠。研究表明，MWNT的引入進(jìn)一步提高了凝膠的力學(xué)性能和導(dǎo)電性。力學(xué)實(shí)驗(yàn)表明，相
　　 同溶脹率時(shí)，凝膠的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率均隨MWNT含量的增加而增大;相同MWNT含量時(shí)，凝膠的拉

5、伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率均隨溶脹率的減小而增大。AM2C凝膠的拉伸強(qiáng)度達(dá)到了0.74MPa，其斷裂伸長(zhǎng)率也達(dá)到了620％;據(jù)此提出了MWNT在長(zhǎng)程范圍加強(qiáng)凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)模型;內(nèi)部結(jié)構(gòu)研究表明，凝膠具有明顯的多孔結(jié)構(gòu)，孔相互連接，這種結(jié)構(gòu)有利于水或其它分子的進(jìn)入和遷移;同時(shí)，MWNT的引入對(duì)凝膠的導(dǎo)電性也有一定的貢獻(xiàn)，在溶脹率為1.8時(shí)，AM2C凝膠的電導(dǎo)率可達(dá)1.03mS·cm-1。一定的力學(xué)性能和導(dǎo)電性，為該材料在生物傳感器、化學(xué)傳感器

6、和化學(xué)閥等領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
　　 3、將MWNT引入凝膠中，通過原位自由基聚合法，制備了新型PNIPA/MWNT/Clay納米復(fù)合凝膠。研究表明，MWNT的引入進(jìn)一步提高了凝膠的力學(xué)性能和導(dǎo)電性，對(duì)凝膠的低臨界溶解溫度(LCST)也有一定的影響。DSC研究表明，MWNT的引入提高了凝膠的LCST，其LCST隨MWNT含量的增加而升高，NM2C凝膠的LCST達(dá)到了37℃，為該材料在一些領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ);力學(xué)實(shí)驗(yàn)表明，凝膠

7、均具有一定的力學(xué)性能，在溶脹率約為6.0時(shí)，NM2C凝膠的斷裂伸長(zhǎng)率為760％，拉伸強(qiáng)度達(dá)到了0.28MPa;同時(shí)，MWNT的引入對(duì)凝膠的導(dǎo)電性也有一定的貢獻(xiàn)，在溶脹率為7.0時(shí)，NM2C凝膠的電導(dǎo)率可達(dá)1.09mS·cm－1;內(nèi)部結(jié)構(gòu)研究表明，凝膠均具有明顯的多孔結(jié)構(gòu)，孔徑隨MWNT含量的增加而增大。
　　 4、首次制備了水分散性粘土-聚苯胺(Clay-PANI)復(fù)合材料，將其引入凝膠中，制備了新型PNIPA/PANI/Cla

8、y納米復(fù)合凝膠。研究表明，凝膠均具有一定的力學(xué)性能和導(dǎo)電性。力學(xué)實(shí)驗(yàn)表明，NAlC凝膠的斷裂強(qiáng)度達(dá)到了19.38MPa，NA2C凝膠的斷裂強(qiáng)度也達(dá)到了17.45MPa;內(nèi)部結(jié)構(gòu)研究表明，凝膠具有明顯的多孔結(jié)構(gòu)，孔結(jié)構(gòu)均勻，且孔徑和孔壁厚度隨PANI含量的增加而增大;PANI的引入促進(jìn)了導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的形成，提高了凝膠的導(dǎo)電率，凝膠的導(dǎo)電率隨PANI含量的增加而增大，NA2C凝膠的導(dǎo)電率達(dá)到了0.91mS.cm-1。一定的力學(xué)性能、均勻的孔洞結(jié)