PDMAEMA水凝胶膜增强性能的研究

　　摘 要：在本实验中，我们首先利用紫外光聚合方法制备了PDMAEMA水凝胶膜，然后通过浸泡不同浓度盐实现了PDMAEMA水凝胶膜的增强。之后对其增强原理进行研究，结果表明，NaCl可以诱导PDMAEMA水凝胶膜取向度增加，取向度影响凝胶膜强度，所以浸泡NaCl溶液可以增加PDMAEMA水凝胶膜强度。

　　关键词：PDMAEMA；水凝胶膜；取向度

　　DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.10.175

　　0 前言

　　近年来，由于天然优势，聚合物在构建智能和可控纳米水凝胶方面发挥着重要作用[1]。首先，聚合物链的大小在?{米范围内。其次，聚合物显示出多样化的拓扑结构，如线形，星形，树枝状，梳形和交联结构。而且，它们也可以自组装成不同的结构。第三，由于它们具有广泛的功能可能性，聚合物可以响应不同的外部或内部刺激，如pH，溶剂，离子，温度，辐射，电场或磁场[2]。PDMAEMA是一种弱聚电解质，具有最低临界相转变温度（LCST）～50℃，具有相转变行为，其中高于此LCST聚合物在水中呈现出消溶胀。与此同时，最近在开发强韧的水凝胶方面的进展使智能软湿材料作为生物材料，软机器人，智能致动器和传感器具有巨大的潜力。然而，固有的低机械强度极大地限制了它们在实际中的应用，特别是在具有坚硬，坚韧和抗冲击性质的承载软组织中，例如肌腱，软骨和韧带等[3]。本文中，我们利用紫外光照射聚合制备得到PDMAEMA水凝胶膜，将合成的水凝胶膜在不同浓度的NaCl盐溶液中浸泡，强度增加，对其进行拉伸测试，定量分析强度变化。

　　1 实验部分

　　1.1 试剂与仪器

　　甲基丙烯酸二甲氨基乙酯（DMAEMA）、N，N-亚甲基双丙稀酰胺（MBA）、羟基-甲基苯基丙酮、紫外灯（15W，365nm）

　　1.2 仪器与表征

　　万能拉伸机。

　　1.3 实验过程

　　将去离子水11ml加入10ml试样瓶中，加入交联剂N，N-亚甲基双丙稀酰胺（MBA）0.2g、单体甲基丙烯酸二甲氨基乙酯（DMAEMA）2.5mL、光引发剂羟基-甲基苯基丙酮50μL，混合超声10min后，用注射器将混合液体注入玻璃片间，冰水浴下，紫外灯照射10h，形成无色透明的PDMAEMA凝胶膜。将形成的凝胶膜放入去离子水中浸泡12h每4小时换一次水，洗涤未反应的单体及引发剂等。

　　2 结果与讨论

　　图1为PDMAEMA水凝胶膜分别浸泡NaCl溶液前后的宏观图。可以看出，浸泡NaCl溶液之前PDMAEMA水凝胶膜透明，强度低、脆性大、易碎，不能进行性能测试；浸泡饱和NaCl溶液之后的PDMAEMA水凝胶膜透明度降低，强度增加，可以进行性能测试。随后对其进行拉伸测试，定量研究泡盐前后PDMAEMA水凝胶膜增强性能。

　　对合成的水凝胶膜进行拉伸测试，单纯的PDMAEMA水凝胶初始状态强度与韧性比较低不能测出。图1显示的是PDMAEMA水凝胶膜分别浸泡3M和饱和NaCl溶液后的拉伸强度测试。可以看出，随浸泡NaCl浓度的增加，PDMAEMA水凝胶的强度、伸长率与韧性增加。在1M NaCl中浸泡后强度与韧性依然比较低无法测出；在3M NaCl中浸泡，强度273.3KPa，韧性218.77KJ/m3；在饱和NaCl中浸泡后强度为1048KPa，较3M 时提高4倍，韧性865.54KJ/m3。之后对泡盐前后的PDMAEMA水凝胶膜进行偏光测试，泡盐之前没有显示各项异性，在饱和NaCl溶液中浸泡之后显示明显的各项异性；随后将饱和NaCl溶液pH调成1，强度降低，再进行偏光测试，各向异性也消失。分析原因，PDMAEMA水凝胶膜强度增加可能与各向异性有关，NaCl可以诱导PDMAEMA水凝胶膜中聚合物链的取向。

　　3 实验结论

　　（1）紫外光照射聚合得到PDMAEMA水凝胶膜；

　　（2）通过拉伸测试显示，浸泡盐溶液之后PDMAEMA水凝胶膜得到增强；

　　（3）PDMAEMA水凝胶膜强度增加可能与各向异性有关，NaCl可以诱导PDMAEMA水凝胶中聚合物链的取向。

　　参考文献：

　　[1]Liu T， Burger C， Chu B. Prog Polym Sci.2002（28）：5-26.

　　[2]Minko S.Responsive polymer materials： design and applications. Oxford： Blackwell Publishing Ltd.2006.

　　[3]Yanyu Yang， Xing Wang， Fei Yang， Hong Shen， and Decheng Wu. A Universal Soaking Strategy to Convert Composite Hydrogels into Extremely Tough and Rapidly Recoverable Double Network Hydrogels；Adv.Mater.2016.

　　作者简介：单彩云（1991-），女，硕士，材料工程专业。

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