科技类——高强水凝胶.ppt

1、高强度水凝胶,自我简介,求是学部,化工材料基础强化班,王冬凡,于凝胶中，得到高强度水凝胶,2011级,主要内容,水凝胶简介,什么是水凝胶？,是以水为分散介质的凝胶。具有网状交联结构的水溶性水分子中引入一部分疏水基团和亲水残基，亲水残基与水分子结合，将水分子连接在网状内部，而疏水残基遇水膨胀的交联聚合物。是一种高分子网络体系，性质柔软，能保持一定的形状，能吸收大量的水。,水凝胶的特点,水溶胀性，交联聚合物 亲水性，可吸水达自身重量的数千倍 三维网状结构，在水中不溶解 能够感知外界微小刺激（智能水凝胶）,水凝胶简介,作为组织充填材料 角膜接触镜材料 医药控制释放材料 人工软骨 医用敷料 药物崩解剂

2、 医用美容材料 分析和医学诊断方面,水凝胶简介,水凝胶的生物医用,PVP烧伤涂敷材料,温泉全效保湿水凝胶,水凝胶交联网缺陷示意图,水凝胶简介,传统结构（NS）水凝胶 1、响应速率慢 2、力学强度低 分子链间摩擦力小 聚合物分子链密度低 在凝胶过程中形成的交联结构不均匀 机械强度低，断裂能在10100J/m以内,因此，研究制备高强度水凝胶具有广泛的现实 意义和应用前景。,金高军，高强度水凝胶的制备及性能研究，1.3,几种新型高强度水凝胶,拓扑(topological (TP)结构水凝胶 互穿网络 (double network(DN)凝胶 四臂(Tetra-arm Polymers) 水凝胶 大

3、分子微球复合(macromolecular microsphere composite (MMC)水凝胶 过氧化胶团（peroxidized micelles（pMIC）) 凝胶,高强度水凝胶,智能互穿网络凝胶 机械增强互穿网络凝胶,金高军，高强度水凝胶的制备及性能研究，1.3.1,高强度水凝胶,拓扑结构水凝胶,典型结构特征是具有8型交联环，并且这种交联可以沿高分子链自由滑动，使得拉应力在高分子链上能够均匀分散，从而吸收大量拉应力，拉伸强度明显增大。,金高军，高强度水凝胶的制备及性能研究，1.3.2,高强度水凝胶,拓扑结构水凝胶,滑动交联点的理论由GermeS最先提出,认为它 能沿着聚合物链滑

4、动,减少局部的受力过大,从而 减少了高分子链空间分布的不均匀性,使其能 够具有很高的拉伸和溶胀倍数。,拉伸状态下 普通化学凝胶&拓扑结构凝胶的对比模型,普通水凝胶,拓扑结构水凝胶,金高军，高强度水凝胶的制备及性能研究，1.3.2,高强度水凝胶,互穿网络凝胶,互穿网络凝胶是一种由聚合物交联网络组成的特殊合金,在互穿网络凝胶中至少有一个网络与另一个网络缠绕交联。通常制备互穿网络凝胶的目的是在保持一种组分特性的同时赋予其另一种组分的特性。,金高军，高强度水凝胶的制备及性能研究，1.3.3,高强度水凝胶,智能互穿网络凝胶,A）聚丙烯酞胺和聚丙烯酸(PA为对RAA)的互穿网络凝胶,B）Gudeman和p

5、eppas制备的聚乙二醇 /聚丙烯酸体系(PEG/PAA）。,C）Lee等157研究发现的壳聚糖/聚丙烯酸体系以 D）Zhang等58l发现的具有温敏特性的聚乙二醇/聚异丙烯酞胺半互穿网络体系,金高军，高强度水凝胶的制备及性能研究，1.3.3,聚乙二醇/聚丙烯酸体系(PEG/RAA）,高强度水凝胶,智能互穿网络凝胶,随着溶胀溶液pH的改变,互穿网络凝胶会发生膨胀或收缩。利用这个体系来作为超滤膜,这种超滤膜可以通过改变体系的pH来实现对截留相对分子量(Mw)的可逆改变。,金高军.高强度水凝胶的制备及性能研究.1.3.3,李剑.聚乙二醇P丙烯酸共聚水凝胶的制备及pH敏感性研究.2.2.1,高强度水

6、凝胶,机械互穿网络凝胶,表现出非线性增强的机械强度,含水量达到60一90%的双网络水凝胶具有很高的耐磨性,断裂强度是其单组分网络凝胶强度的17倍。其强度可以与软骨组织媲美,因而使这种凝胶在组织工程领域有着巨大的应用前景。,陈咏梅.高强度双网络高分子水凝胶: 性能、进展及展望.2,金高军.高强度水凝胶的制备及性能研究.1.3.3,PAMPS/PAAm凝胶的制备,首先通过AMPS聚合形成交联的PAMPS第一网络,然后在AAm溶胀后通过二次聚合形成线性的 PAAm第二网络。,金高军.高强度水凝胶的制备及性能研究.2.3.1,（聚丙烯酞胺/聚丙烯酸）,高强度水凝胶的制备,注意事项：在制备PAMPS凝胶

7、过程中发现AMPS溶液极易聚合,故在配制溶液过程中特别是用氢气鼓泡时要注意用冰浴保护实验发现氧对聚合结果有很大影响,特别是二次聚合时,有氧存在会导致凝胶强度急剧下降,主要原因是氧会使PAAm活性链失活,无法得到高分子量的PAAm,故聚合过程中要尽可能的脱除氧气影响。,高强度水凝胶的制备,PAMPS/PAAm凝胶的制备,高强度水凝胶的制备,其他有效方法,1：冷冻法制备水凝胶,2：以溶致液晶为模板制备水凝胶,3：自组装技术制备水凝胶,4：疏水基团改性水凝胶,5：滑动环水凝胶,6：互穿网络水凝胶,7：双网络结构水凝胶,8：纳米复合水凝胶,9：点击化学制备水凝胶,10：星型或树枝状大分子水凝胶,11：tetra-PEG水凝胶,秦绪平.高力学强度水凝胶的研究进展.1,在HRM水凝胶的基础上,控制聚合条件和聚合成分,Fig.1a:类似人体皮肤的层状高强度水凝胶 Fig.1b:类似人体肌肉纤维的线性高强度水凝胶,高强度水凝胶的制备,秦绪平.高力学强度水凝胶的研究进展.2,最近,Fukasawa等利用两种大分子单体,每个 单体都有4个反应性的PEG链,然后在粘土的存在下 通过水溶液聚