快速響應(yīng)型粘土(Clay-S)-聚(N-異丙基丙烯酰胺)(PNIPAAm)納米復(fù)合水凝膠結(jié)構(gòu)設(shè)計及性能表征.pdf

1、作為一種典型的溫度敏感性水凝膠，聚N-異丙基丙烯酰胺（PNIPAAm）在過去的幾十年里已經(jīng)吸引了眾多研究者的興趣。然而，傳統(tǒng)化學(xué)交聯(lián)的PNIPAAm水凝膠力學(xué)性能差，溶脹/消溶脹平衡速度緩慢，很大程度上限定了其應(yīng)用價值。因此，增強水凝膠的力學(xué)和快速響應(yīng)性能以擴大其應(yīng)用領(lǐng)域是目前主要的研究方向。
　　 采用一種由焦磷酸鈉改性的鋰皂石（Laponite XLS，Clay-S）作為交聯(lián)劑，我們先前已經(jīng)成功制備出高粘土含量的粘土/PNI

2、PAAm納米復(fù)合水凝膠（S-N水凝膠）。該水凝膠突破傳統(tǒng)的水凝膠力學(xué)性能差的特性，具有較高的斷裂強度和較大的斷裂伸長比，并且發(fā)現(xiàn)其機械強度隨著粘土含量的增加而增大，但其響應(yīng)行為卻呈現(xiàn)大幅度降低趨勢，影響了其實際應(yīng)用價值。
　　 由于S-N水凝膠擁有不同于傳統(tǒng)化學(xué)鍵合水凝膠的特殊物理交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，我們相信納米復(fù)合水凝膠的結(jié)構(gòu)和性能經(jīng)后期處理會發(fā)生一定的改變，比如溶劑、熱和光處理等方法。據(jù)文獻報道，已有一些科研人員采用各種方式來提高

3、水凝膠的快速響應(yīng)性能。例如，Haraguchi采用冷凍干燥法制備多孔結(jié)構(gòu)水凝膠，張先正等人利用乙醇溶液控制水凝膠溶脹/消溶脹速度等。
　　 有鑒于此，本論文的工作著眼于在保證一定力學(xué)性能的同時，提高納米復(fù)合水凝膠的溶脹/消溶脹性能。主要研究內(nèi)容包括：
　　 （1）采用酸處理方法對高粘土含量的粘土/PNIPAAm納米復(fù)合水凝膠（S-N水凝膠）進行后期處理，發(fā)現(xiàn)S-N-H水凝膠退溶脹響應(yīng)速率和溶脹度有大幅度的提高，并保持了一

4、定的力學(xué)性能。系統(tǒng)研究和分析酸處理的濃度和時間對凝膠體系各方面性能的影響。
　　 （2）采用紫外光引發(fā)聚合法制備，含Ni（OH）2納米線的高粘土含量的粘土/PNIPAAm納米復(fù)合水凝膠（S-N-Ni水凝膠）。分析非離子表面活性劑聚乙二醇6000（PEG6000）和陽離子表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）對Ni（OH）2納米線在水溶液中分散情況的影響。并且歸納兩種表面活性劑的不同添加量對S-N-Ni凝膠力學(xué)性能影響的差異。

5、最終確定出水凝膠紫外光引發(fā)聚合的最佳工藝。
　　 （3）鑒于Ni（OH）2易溶于酸，通過酸處理的方法將S-N-Ni凝膠制備成含一維孔洞結(jié)構(gòu)的高粘土含量的粘土/PNIPAAm納米復(fù)合水凝膠（P-S-N水凝膠）。該凝膠在保證一定力學(xué)性能的基礎(chǔ)上，具備超響應(yīng)性能。同時，對其力學(xué)性能、溶脹/消溶脹行為等方面進行了歸納和總結(jié)。
　　 這種具有良好溶脹度和快速消溶脹速率性能的含一維孔洞結(jié)構(gòu)的納米復(fù)合水凝膠有望進一步拓寬在環(huán)境、生物、