高强度聚乙烯醇/聚苯胺/聚吡咯/TiO2导电杂化水凝胶的制备与性能

本文以聚乙烯醇(PVA)、苯胺(ANI)、吡咯(Py)及钛酸丁酯(TBOT)为原料,通过溶胶-凝胶法、原位氧化聚合法及冷冻-融溶法一步得到聚乙烯醇/聚苯胺/聚吡咯/TiO 2(PVA/PANI/PPy/TiO 2)杂化水凝胶。结果表明,该杂化水凝胶具有优异的力学性能和导电性能。当n(ANI)∶[KG-*3/5]n(Py)=8∶[KG-*3/5]2(TBOT体积为100μL)时,其压缩强度高达2.45 MPa。同时,在外加电源的作用下,该凝胶能够使灯泡发光。当n(ANI)∶[KG-*3/5]n(Py)=2∶[KG-*3/5]8(TBOT体积为150μL)时,杂化水凝胶的电导率(0.25 S/m)最好。该杂化水凝胶有望广泛地应用在柔性可穿戴电子器件、安全离子电池、传感器和生物器件等领域。     

聚乙烯醇基水凝胶聚合物电解质超级电容器的研究

以2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）作引发剂引发交联聚乙烯醇（PVA）-戊二醛（GA）制备水凝胶聚合物电解质并组装成超级电容器.分别由红外光谱、交流阻抗、循环伏安与恒电流充放电曲线测定该凝胶聚合物电解质及超级电容器的电化学性能.结果表明,该聚合物电解质电导率可达1.23 mS/cm（室温）.而且,以1.0 g AMPS引发0.05mL GA（5 %）与1.0 g PVA交联,制得的凝胶聚合物电解质超级电容器比电容可达139F/g,50次充放电后其值仍于80%以上.     

PVA增强P(AAEA-co-AA)温度敏感性水凝胶的合成及其性能研究

以4-乙酰基丙烯酰乙酸乙酯(AAEA)、丙烯酸(AA)以及PVA为原料, 通过自由基溶液聚合法, 制备了PVA-P(AAEA-co-AA)半穿网络型(s-IPN)水凝胶. 红外分析表明, AAEA主要以烯醇式结构存在, 并且由于PAAEA, PAA以及PVA之间较强的氢键作用, 使得PAAEA以及PVA分子上的C-O伸缩振动吸收峰移向了低波数处. 电镜分析表明, PVA能贯穿于P(AAEA-co-AA)交联网络中, 从而有效阻碍凝胶的相分离|而XRD研究发现, 当PVA用量较少时, PVA能均匀的贯穿于凝胶网络中, 形成完善的互穿网络结构, 当PVA用量过高时, PVA不能有效地贯穿于聚合物交联网络中而出现结晶. 采用DSC对s-IPN水凝胶的体积相转变进行了研究, 结果表明, 该s-IPN水凝胶的体积相转变温度(VPTT)在54.0至57.8 ℃之间, 并且随着PVA用量的增加, 凝胶的VPTT逐渐升高. 研究了该s-IPN水凝胶的抗压缩性能, 结果表明, PVA与P(AAEA-co-AA)形成的半互穿网络结构能有效提高凝胶的抗压缩强度, 其最大抗压缩强度可达8.4 MPa. 对凝胶的温度敏感性研究发现, 当外界温度低于VPTT时, 凝胶能保持溶胀状态|而当温度高于VPTT时, 凝胶的平衡溶胀度迅速下降, 表现为温度敏感性.     

聚吡咯纳米线凝胶的模板制备及储能与电化学传感性能

以配位聚合物凝胶为模板, 构筑均一的聚吡咯纳米线网络, 聚合后经简单处理除去模板, 得到性能优异的聚吡咯凝胶. 结果表明, 模板法合成的聚吡咯凝胶为由均一纳米线组成的三维网络结构, 具有良好的力学性能、 较大的比表面积及优异的电化学特性, 在0.28 A/g电流密度下, 比电容可达450 F/g, 在2.8 A/g电流密度下充放电1000次, 比电容仍可保持88.6%. 聚吡咯纳米线网络凝胶经葡萄糖氧化酶负载后得到柔性传感电极, 对低浓度(0.2 mmol/L)的葡萄糖具有快速响应性能, 有望用于超级电容器及生物电化学传感器等领域.     

蓝光引发丙烯酸水凝胶的聚合交联动力学

研究了聚丙烯酸(PAAc)水凝胶的蓝光聚合性能及实时光流变行为, 并提出了力学性能相关的经验模型. 以樟脑醌/二苯基碘鎓六氟磷酸盐(CQ/DPI)为蓝光引发体系, 丙烯酸(AA)为单体, 聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)为交联剂, 450 nm蓝光为辐照光源, 通过光差示扫描量热法(Photo-DSC)和实时光流变法(Photo-rheology)对不同CQ, DPI, AA浓度及光照强度(I)条件下水凝胶聚合前驱液的蓝光聚合性能及交联特性进行了研究. 结果表明, 水凝胶聚合前驱液的聚合速率(R_p)与CQ, DPI和AA的质量分数(w_CQ, w_DPI和w_AA)以及光照强度(I)的平方根均呈线性关系, 由于量子产率的下降及自由体积效应, 在高浓度CQ及DPI条件下, 聚合速率和双键转化率均出现偏离线性的现象. 通过光流变系统对水凝胶前驱液光聚合交联过程中的凝胶特性及交联动力学进行了研究. 经数据拟合发现, 凝胶时间(t_gel)和弹性模量(G')与相关影响因素(w_CQ, w_DPI和w_AA)分别呈现指数和幂律函数关系, 延迟时间(t_d)及交联速率(R_c)与w_CQ, w_DPI, I和w_AA均呈线性函数关系. 根据上述函数关系提出了描述蓝光聚合交联丙烯酸水凝胶力学性能的经验模型.     

对甲苯磺酸掺杂聚吡咯的合成、表征及其对金属镁的防腐蚀性能研究

以对甲苯磺酸为掺杂剂, 三氯化铁为氧化剂, 化学氧化吡咯制备了对甲苯磺酸掺杂聚吡咯. 考察了掺杂剂与氧化剂的用量对掺杂聚吡咯电导率的影响, 得到了高电导率聚吡咯的优化条件, 用UV, IR和SEM对其结构和形貌进行了表征. 结果表明, n(对甲苯磺酸)∶n(吡咯)∶n(三氯化铁)＝0.75∶1∶0.5时, 合成的聚吡咯的形貌规则, 电导率达42.7 S•cm^－1. 以聚吡咯为功能成分, 环氧树脂为成膜物质, 得到一种功能膜, 旋涂于金属镁表面, 采用极化曲线和开路电位考察了含有聚吡咯的膜层对金属镁的防腐蚀性能. 结果表明, 含有聚吡咯的膜层对金属镁有很好的防腐蚀性能, 腐蚀电流为0.0981 A, 腐蚀电位为－0.88 V, 在膜层与金属镁之间形成了一层钝化膜.     

PVA改性PAMPS-PAM超高力学性能双网络水凝胶的制备

采用紫外光引发聚合制备了聚乙烯醇(PVA)改性的聚(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸)-聚丙烯酰胺(PAMPS-PAM)双网络(DN)水凝胶.测定并比较了PVA改性前后PAMPS-PAM双网络水凝胶的溶胀动力学;通过扫描电子显微镜(SEM)观察了单网络水凝胶的结构;测定PVA改性前后PAMPS-PAM双网络水凝胶的压缩及拉伸性能.结果表明,经PVA改性后的PAMPS-PAM双网络水凝胶有较高的溶胀比;0.82%PVA用量的PAMPS-PAM双网络水凝胶在90%压缩形变率下仍保持完整、最大拉伸应力达到0.5 MPa,大幅提高PAMPS-PAM双网络水凝胶的力学性能.     

PVA-PAMPS-PAA三元互穿网络型水凝胶的合成及其性能研究

以2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、丙烯酸(AA)以及聚乙烯醇(PVA)为原料,制备了PVA-PAMPS-PAA三元互穿网络型(T-IPN)水凝胶.红外分析表明,PVA与PAA以及PAMPS之间形成了较强的氢键,使得PVA分子上的C—O伸缩震动吸收峰移向了低波数处.X射线衍射以及电镜分析表明,当PVA用量较低时,PVA能均匀的穿插于凝胶网络中,形成完善的互穿网络结构,当PVA用量过高时,部分的PVA结晶而使得凝胶出现相分离.研究了该三元互穿网络型水凝胶的溶胀性能,结果表明,该水凝胶的平衡溶胀比在200至340之间,并且随着AA以及AMPS用量的增加,凝胶的溶胀速率以及平衡溶胀比均升高.该三元互穿网络型水凝胶在酸性溶液中和在碱性溶液中表现出截然不同的消溶胀性能;并且随着溶液pH的升高,凝胶在pH=9.0附近出现体积突变,表现出pH敏感性.通过研究T-IPN水凝胶的抗压缩性能发现,利用线型高分子、柔性高分子网络以及刚性高分子网络制备的三元互穿网络型水凝胶能在高溶胀比下保持较高的强度.溶胀比为180的T-IPN水凝胶,其最大抗压缩强度可达12.1 MPa.进一步研究发现,凝胶的组成以及溶胀比均对凝胶的抗压缩强度和压缩应变均存在较大的影响.     

以膨胀石墨为基底的聚吡咯电化学免疫传感器

用恒电位法在膨胀石墨基底表面合成聚吡咯,聚吡咯上的亚氨基与戊二醛发生交联,制备成稳定的膨胀石墨/聚吡咯/戊二醛传感器界面.以此界面固定人IgG抗体,戊二醛作为交联剂,发展了一种新型的电化学免疫传感器.该传感器在IgG溶液中温育后,其表面结合的IgG和随后加入的辣根过氧化氢酶(HRP)标IgG二抗以及传感器表面的IgG抗...     

聚乙烯醇/海藻酸钠互穿网络水凝胶结构与性能研究

采用天然高分子海藻酸钠(SA)与聚乙烯醇(PVA)复合,通过化学交联法制备PVA/SA互穿网络水凝胶。SA的加入减弱了PVA分子间的氢键作用,而随SA含量增加,SA分子与PVA分子间的氢键作用增强。同时凝胶网络由致密变得疏松,网孔增大,出现微相分离的"核壳"结构。由于交联后的SA与PVA分子的Tg较接近,水凝胶仅有一个Tg,两相仍为部分相容。应变及频率扫描曲线中低应变区的储能模量远大于损耗模量,其网络松弛因子n值接近0,证明该凝胶具有较完整的网络结构,并表现为弹性。适量的SA可提高凝胶的力学及溶胀性能。     

强韧抗溶胀水凝胶的简单构筑及性能

以聚乙烯醇(PVA)和壳聚糖(CS)为原料, 采用循环冻融法制备了前驱体水凝胶(PVA-CS), 并经过浸泡氯化钠溶液和透析后处理构筑了强韧抗溶胀复合水凝胶(PVA-CS-6.16-30). 采用扫描电子显微镜(SEM)、 傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、 X射线衍射分析仪(XRD)、 差示扫描量热分析仪(DSC)及流变仪表征了两种水凝胶的微观结构, 采用拉力机测试了其机械性能. 结果表明: 由于结晶微区、 氢键及链缠结等协同交联作用, PVA-CS-6.16-30具备高效能量耗散机制. 与前驱体PVA-CS相比, PVA-CS-6.16-30的交联密度由7.69×10^?4 mol/cm³增加至9.97×10^?4 mol/cm³, 自由水含量由62.8%降低至52.6%, 网络尺寸由6.11 nm降低至5.21 nm, 凝胶分数由58.6%增加至86.8%, PVA结晶度由14.8%增加至17.2%, 其抗拉强度、 断裂伸长率、 韧性及抗压强度分别为2.9 MPa, 229%, 3.3 MJ/m³和7.6 MPa. 此外, 该复合水凝胶还具有优异的耐溶胀与抗蠕变性能. 在37 ℃的PBS缓冲溶液中浸泡7 d后, 其抗拉和抗压强度分别高达2.8和7.5 MPa, 优于常见水凝胶. 商品化的原料、 简单的构筑方法及优异的综合性能有望推动水凝胶在组织工程和生物医疗领域的应用.     

单宁酸/聚乙烯醇的阻燃性能

采用模压成型的方法制备了单宁酸/聚乙烯醇(TA-PVA)共混物,并研究了不同TA/PVA配比对TA-PVA共混物的阻燃性能的影响。通过锥形量热仪、热重分析仪(TGA)、差示扫描量热仪(DSC)、垂直燃烧(UL-94)测试仪和极限氧指数(LOI)测试仪等对制备的TA-PVA共混物的阻燃性能进行了测试。结果表明,TA的加入能提高PVA的阻燃性能。TA和PVA能够通过分子间氢键形成稳定的TA-PVA共混物。当TA-PVA共混物中TA含量增加,所制备得到的TA-PVA共混物的热稳定性增加,玻璃化转变温度提高。当n(TA)∶n(PVA)=1∶50时,TA-PVA共混物的LOI值达到31.6%,UL-94等级为V-1级,热释放速率峰值从634.9 kW/m²降至328.1 kW/m²,烟气产生速率从0.18 m²/s降至0.10 m²/s。     

海藻糖改性聚乙烯醇及其防雾/防霜涂层

以聚乙烯醇和羧基化海藻糖为原料合成了聚乙烯醇-g-海藻糖(PVA-g-Tre), 将接枝物与少量乙二醇二甲基丙烯酸酯混合, 通过光引发聚合制备了亲水性半互穿网络防雾/防霜涂层. 通过核磁共振氢谱和傅里叶变换红外光谱对PVA-g-Tre的化学结构进行了表征, 利用原子力显微镜、 水接触角测试仪、 拉曼光谱等分析了涂层表面的粗糙度、 润湿性及水与大分子之间的氢键作用, 并考察了涂层的透光性和防雾及防霜性能. 结果表明, 含有不同海藻糖接枝率PVA-g-Tre的涂层表面粗糙度较低且透光率好, 与含有PVA的涂层相比, 引入海藻糖提高了PVA-g-Tre涂层的亲水性和润湿性, 使其同时具有良好的防雾和防霜性能.     

聚乙烯醇/壳聚糖复合水凝胶的物理化学性质

测定了聚乙烯醇(PVA)和壳聚糖(CS)复合水凝胶的平衡含水量、熔融焓、等温溶胀动力学和非等温失水动力学等性质,讨论了水凝胶的组成和制备参数对这些性质的影响.结果显示:PVA/CS复合水凝胶具有适宜于软骨修复替代材料的网络结构和平衡含水量.CS与PVA复合减弱了凝胶的结晶度,但却增强了水与凝胶支架的相互作用.尽管水凝胶力学拉伸强度有所降低,但却优化了凝胶的生物相容性和降解能力.PVA/CS复合水凝胶是一种潜在的软骨修复材料,作为一种理论研究的模型体系,它将促进热力学在复杂医用材料方面的应用.     

大孔PAMPS/PVA半互穿网络型水凝胶的制备及其性能研究

以PEG6000为成孔剂, 合成了大孔聚(2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸)/聚乙烯醇半互穿网络型(s-IPN)水凝胶. 红外分析表明, PVA与PAMPS之间形成了较强的氢键, 使得PVA分子上的C—O伸缩振动吸收峰移向了低波数处. X射线衍射分析发现, 当PVA用量较高时, 由于部分的PVA结晶, 使得凝胶的半互穿网络结构不均匀. 电镜分析结果表明, 没有使用成孔剂的凝胶表面成褶皱形, 不存在任何孔洞结构; 而以PEG6000为成孔剂的凝胶表面存在相互贯穿的大孔结构. 研究了该水凝胶的溶胀性能, 结果表明, 该水凝胶的平衡溶胀度在116至320之间; 而成孔剂PEG6000的加入能较大幅度提高凝胶的溶胀速率, 凝胶在240 min之内就能达到溶胀平衡. 对凝胶抗压缩性能的研究表明, 当PVA用量为9.1% (w)时, 凝胶的抗压缩强度最大, 可达12.0 MPa; 而成孔剂的加入会在一定程度削弱凝胶的抗压缩强度. 该凝胶具有较好的电场敏感性, 研究发现, 将吸去离子水达到溶胀平衡的凝胶放入施加有电场的0.2 mol•L－1 NaCl溶液中时, 凝胶迅速偏向阳极. 而PVA和成孔剂PGE6000的用量均对凝胶的偏转速度以及最大偏转角存在较大的影响.     

Sponge-inspired multisensory hydrogel

The preparation of smart sensors with multiple sensory systems, reusable property, and high sensitivity remains a challenge. Here, inspired by a sponge, we develop a multisensory PCA–poly(vinyl alcohol) (PVA)/borax–LiCl hydrogel (named PPL hydrogel) with low cost and simple fabrication process using sodium polyacrylate (PAAS), PVA, and lithium chloride (LiCl) to address this challenge. PPL hydrogel has a sponge-like porous structure and can repeatedly “absorb” and “drain” water, while maintaining good tensile (strain up to 1442%) and electrical conductivity. PAAS builds the main skeleton of PPL hydrogels and provides the basis for building the pore structure, PVA enhances the mechanical properties of the crosslinked network, while LiCl ionic solution further improves the conductivity, which can reach 8.8 s m⁻¹ and be increased nearly 42 times better than without LiCl. Therefore, this makes PPL hydrogel a very sensitive sensing system for wearable devices that can be used to detect signals from the human body. Additionally, PPL hydrogel is also capable of detecting temperature due to its temperature-sensitive properties. Moreover, PPL hydrogel can also roughly identify the basic properties of different solvents. Our simple, low-cost and multisensory PPL hydrogel offers promising opportunities for multisensory sensors, even functional/smart materials, flexible/wearable devices, and medical care.     

轻质柔性聚酰亚胺纸基电磁屏蔽材料的制备与性能

基于聚酰亚胺纤维纸基导电骨架(PI-CP)的三维网络结构, 通过聚吡咯(PPy)的气相沉积及无钯化学镀工艺在PI-CP上进行镍基金属的层层组装, 制备了夹芯结构的镍/聚吡咯@聚酰亚胺纤维纸基电磁屏蔽材料 (Ni/PPy@PI-CP); 对其形貌、 结构、 导电性能、 力学性能及电磁屏蔽性能进行了表征; 并考察了温度、 弯曲牢度和折叠次数对Ni/PPy@PI-CP导电性能和电磁屏蔽性能的影响. 研究结果表明, Ni/PPy@PI-CP-3的电磁屏蔽性能可达到70 dB以上; Ni/PPy@PI-CP-3在弯曲变形下表现出优良的导电稳定性, 其电导率损失可以忽略不计, 经过200次的反复弯曲测试, 其电导率仍保持在92.4%以上. 此外, Ni/PPy@PI-CP还具有轻质及易于加工的特性, 并具有稳定的热性能, 于300 ℃下处理后电磁屏蔽性能仍保持在80％以上.     

非极性有机溶剂对分子内氢键弱化程度的单分子力谱定量研究

利用单分子力谱技术, 以3种不同醇解度的聚乙烯醇(PVA)为模型体系, 定量研究了非极性有机溶剂对分子内氢键强度的影响. 3种PVA样品在非极性有机溶剂中的分子内氢键强度均约为其在真空中强度的48%. 结果表明, 非极性有机溶剂对分子内氢键的弱化作用十分显著, 可削弱其约50%的本征氢键强度. 本文研究结果提示人们需重新审视液相环境对高分子单链弹性和非共价相互作用的影响.     

羟基磷灰石/聚乙烯醇/壳聚糖水凝胶在模拟体液中的力学性能

从仿生学角度出发,将自制的人工角膜支架材料羟基磷灰石/聚乙烯醇/壳聚糖(n-HA/PVA/CS)浸泡在模拟体液中,对材料的含水率及力学性能进行了测试,并利用扫描电镜、X射线衍射仪、电感耦合等离子体原子发射光谱仪及热重分析仪研究了材料在模拟体液中的形貌、晶体结构、元素组成及热稳定性.结果表明,在模拟体液中,n-HA/PVA/CS复合水凝胶的含水率为80%~86%,具有较高的拉伸强度,能承受正常眼压,且热稳定性较好.在浸泡后期,n-HA/CS/PVA复合材料对Ca2+的吸附和释放达到动态平衡;而其表面含有微量的纳米羟基磷灰石沉积,有利于纤维细胞的长入.