羧甲基纤维素基复合水凝胶的研究及应用进展

羧甲基纤维素(CMC)水凝胶是一种具有亲水性的天然三维聚合物材料,具有高吸水性,因此以羧甲基纤维素钠制备的水凝胶安全无毒可生物降解,被广泛应用于医药、食品、农业和环境等领域,作为保鲜材料、抗菌材料、生物传感器、药物输送系统和去除重金属的吸附剂。本文按CMC复合水凝胶材料来源的不同,分类综述了大分子/CMC水凝胶、单体/CMC水凝胶和无机物/CMC水凝胶的研究进展、功能特性以及应用领域,为羧甲基纤维素复合水凝胶的研究提供一定的思路和理论依据。总结此方向研究中不同材料对羧甲基纤维素复合水凝胶性能的提升情况,同时对羧甲基纤维素水凝胶的应用前景进行了展望。     

自修复聚乙烯醇/细菌纤维素水凝胶电解质制备及应用

以聚乙烯醇(PVA)、细菌纤维素(BC)和硫酸为原料,采用物理交联的冻融循环法制备了聚乙烯醇/细菌纤维素复合水凝胶电解质;经过冻融循环后,聚乙烯醇和细菌纤维素形成了大量的分子间氢键,赋予复合水凝胶良好的自修复性能和力学性能.探讨了纤维素含量对水凝胶电解质力学性能和离子电导率的影响,结果表明,BC含量为0.6％时复合水凝...     

基于壳聚糖/聚丙烯酸/纳米银的高强抗菌水凝胶

首先以丙烯酸(AA)和壳聚糖(CS)为单体、N,N′-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂,通过光聚合法制备了CS/PAA双网络水凝胶,然后将Ag~+以硝酸银的形式分散在水凝胶中并通过紫外光辐照获得CS/PAA/纳米银复合水凝胶,并对复合水凝胶的抗菌性能进行研究。采用红外光谱对其结构进行表征,研究单体含量对水凝胶力学性能以及溶胀行为的影响。结果表明,当丙烯酸质量分数为20%,壳聚糖质量分数为5%的情况下,水凝胶的拉伸性能最优。此外,纳米银的引入有效提高了水凝胶的抗菌性能。     

聚丙烯酰胺/玄武岩纤维复合水凝胶的制备及性能

近年来,玄武岩纤维因其高强度、耐高温、优良的耐候性以及良好配伍性等优势,近年来被尝试用于改性PAM水凝胶体系以提升其力学性能。然而,现有改性方法易于受到外界长时间作用力的破坏,从而严重影响水凝胶功能的发挥。为解决这一问题,通过γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(TMSPMA)与玄武岩纤维(BF)反应,制备含双键修饰的BF(BF-TMSPMA)。将丙烯酰胺(AM)与BF-TMSPMA混合后进行反应,制备BF改性的聚丙烯酰胺复合水凝胶(PAM/BF-TMSPMA)。BF-TMSPMA改性后,复合水凝胶的力学性能得到明显提高。当BF-TMSPMA浓度为1mg·mL^-1时,复合水凝胶拉伸强度为40.1±5.4 kPa,为PAM水凝胶的12.8倍;复合水凝胶断裂伸长率为2700.2%±25.8%,为PAM水凝胶的5.4倍;复合水凝胶杨氏模量为45.8±3.4 kPa,为PAM水凝胶的12.7倍;复合水凝胶韧性为450.4±14.8 kJ·m^-3,为PAM水凝胶的30.6倍。复合水凝胶也具有良好的自修复性能,切断的水凝胶自修复后断裂伸长率达2217.2%...     

芳纶增强MXene-聚丙烯酸-无定型碳酸钙复合水凝胶的制备及性能

传统水凝胶存在机械性能和可加工性差的缺点,本研究制备了芳纶增强MXene-聚丙烯酸-无定型碳酸钙(ANF/MXene-PAA-ACC)复合水凝胶,并研究了其相关力学与物理性能。首先,通过氟化锂和盐酸刻蚀法,结合超声剥离工艺制备了二维MXene单层纳米片,将其应用到PAA-ACC复合水凝胶中。为了提高MXene-PAA-ACC的力学性能,进一步通过加入芳纶,制备了ANF/MXene-PAA-ACC复合水凝胶。采用扫描电镜和万能力学试验机对复合水凝胶的表观形貌、力学性能、自修复和粘附性等物理性能进行了表征和测试。结果表明：与PAA-ACC水凝胶相比,ANF/MXene-PAA-ACC水凝胶的可加工性、力学性能、粘附性、自修复性都得到了提高。     

氧化纤维素增强胶原水凝胶

对纤维素进行氧化,得到醛基化的氧化纤维素,将其作为大分子交联剂制备了氧化纤维素改性胶原水凝胶.通过扫描电镜、力学性能及流变学测试,对改性胶原水凝胶的结构和性能进行了表征.研究结果表明,与纯胶原水凝胶相比,氧化纤维素改性胶原水凝胶的力学性能和热稳定性都得到了明显改善,其压缩破坏强度比纯胶原水凝胶提高了1个数量级以上.此外,氧化纤维素的引入,并未出现一般化学交联剂改性所带来的细胞毒性,并保持了胶原水凝胶良好的生物相容性.为改性胶原水凝胶在组织工程材料领域的应用提供依据.     

细菌纤维素(BC)增强PVA/PVP复合水凝胶的制备及性能表征

通过冷冻-熔融法制备了细菌纤维素/聚乙烯醇/聚乙烯吡咯烷酮(BC/PVA/PVP)双网络复合水凝胶,并采用X射线衍射,红外光谱,扫描电镜,力学性能测试等手段对凝胶的结构和性能进行表征.研究发现PVA、PVP通过氢键作用均匀地吸附于纤维微丝周围,将BC纤维有效地分开,因而干燥后的复合凝胶在热水中浸泡后仍可恢复原状;X射线...     

石墨烯基水凝胶的研究进展

石墨烯具有独特的导电、导热和力学性能,既能够自组装为电化学性能优良的石墨烯水凝胶,又可以与小分子和聚合物进行复合制备多功能性复合水凝胶,大幅度地拓展了传统水凝胶的应用范围。本文主要分为四部分来综述近些年来石墨烯基水凝胶的研究进展。第一部分简要介绍了石墨烯的研究背景和石墨烯基水凝胶的研究意义。第二部分主要根据石墨烯基水凝胶的组成将其分为石墨烯水凝胶、石墨烯/小分子和石墨烯/聚合物复合水凝胶三类,分别介绍了它们的制备方法、形成机理和凝胶性能。其中,对石墨烯/小分子复合水凝胶的介绍以石墨烯基超分子水凝胶为主,而对石墨烯/聚合物复合水凝胶的介绍以智能型水凝胶为主。第三部分主要介绍了石墨烯基水凝胶在超级电容器、水处理、控释药物、微流体开关、催化剂载体等方面的应用和发展。最后,对该领域所面临的挑战进行了总结和展望。     

疏水缔合水凝胶

疏水缔合水凝胶是指由疏水相互作用形成的物理交联型水凝胶。由于具有传统化学交联型凝胶所不具备的高机械强度、自愈合和二次加工的特性,疏水缔合水凝胶的合成制备、结构优化、性能调控和应用拓展逐渐成为凝胶材料领域的研究热点。作为网络交联点的疏水缔合微区存在动态可逆的缔合-解缔合平衡,这是疏水缔合水凝胶的亮点,也是网络构筑、机理探讨以及性能改进的切入点和关键所在。疏水缔合水凝胶具有敏感度高、智能响应和生物相容等优点,广泛应用于智能材料和生物载体等领域。本文从结构组成出发,介绍了具有不同结构类型的疏水缔合水凝胶,并结合制备方法,总结出其性能各异的成因及机理,对研究现状及应用价值进行了归纳和展望。     

层状纳米纤维素膜/PVA复合水凝胶的制备与力学性能研究

采用叠层复合与物理相分离的方法制备了层状纳米细菌纤维素(BC)膜/聚乙烯醇( PVA)复合水凝胶.研究了聚乙烯醇的质量百分数、BC膜的复合层数以及制备条件对复合水凝胶力学性能的影响;通过扫描电镜( SEM)观察比较了复合水凝胶中BC膜层与PVA界面结合情况.结果表明,复合水凝胶的力学性能与PVA的质量百分数和BC膜含水...     

具有环境响应性的纤维素基水凝胶

随着对可再生资源开发利用的逐渐重视,基于纤维素环境响应型水凝胶结构设计及其响应性能的研究备受关注.环境响应纤维素基水凝胶不仅具有良好的生物相容性和生物可降解性,还表现出对环境因素特定的检出识别能力及明显响应性,拓展了水凝胶材料在生物医用、仿生智能材料等领域的应用.本综述首先从环境响应型纤维素水凝胶材料的结构设计出发,以交联方式分类简要介绍了纤维素基水凝胶的合成方法,具体包括物理交联、化学交联和其他交联方式等.接着,从水凝胶功能性入手,重点介绍了以一种或多种化学信号、物理信号为刺激源响应的纤维素基水凝胶材料;并以药物载体、形状记忆材料和伤口敷料等方面研究成果为例,阐述了环境响应型纤维素基水凝胶的相关应用,以及其在智能软体机器人和环保生物传感器等领域的巨大应用潜力.     

环糊精改性羧甲基纤维素水凝胶的制备和对香兰素的封装

本文通过反相悬浮聚合的方法,在碱性条件下制备了多组环糊精改性的羧甲基纤维素水凝胶,以香兰素为模型物考察了吸附和封装性能。实验结果显示,水凝胶有着优良的吸附与释放性能,在环境pH为11.0时,其最高平衡溶胀率为1765.1%,当环糊精与羧甲基纤维素的原料比增加时,其平衡溶胀率降低。改性水凝胶对香兰素有着出色的封装能力,对香兰素的封装率可以达到95.8%。吸附后的聚合物水凝胶也有着优良的释放率,在中性条件下最大释放率可以达到93.9%,有着优良的重复使用性。香兰素吸附动力学属于准二级吸附动力学,其吸附常数K为0.0401,Q_e为0.3273,相关系数R₂为0.9853。研究结果对香兰素等对光、空气或其他外界因素敏感的物质在工业中的应用具有指导意义。     

纳米纤维素的改性及其吸附重金属离子的应用研究

纳米纤维素材料(cellulose nanomaterials,CNs)作为一种可再生材料,具有比表面积大、高结晶度、高强度、高杨氏模量、高表面活性、化学性质稳定等优异性能。纤维素作为天然高分子材料,在清除水体重金属离子中具有较好的应用的价值,因此本文对纤维素的改性及其吸附重金属的应用进行了综述。首先简要地介绍了纳米纤维素的结构与命名方法;其次,对纳米纤维素的改性(即小分子改性与高分子改性)进行了详细的介绍,并重点阐述了改性纳米纤维素基材以粉末、凝胶(包括水凝胶与气凝胶)两种不同的形态通过吸附清除水体重金属离子的应用研究。最后,对改性纳米纤维素基水吸附材料存在的优缺点进行了探讨,并指出了该材料在生产和应用过程中还需解决的问题。     

羧甲基纤维素-壳聚糖水凝胶球的制备及性能

采用物理交联法制备了羧甲基纤维素(CMC)-壳聚糖(CS)共混水凝胶球;研究了共混球的耐酸碱性、溶胀性及对亚甲基蓝的吸附性能.结果表明,水凝胶球在弱酸和弱碱中具有一定的稳定性;随着羧甲基纤维素与壳聚糖质量比的增大,水凝胶的吸水溶胀率增加.在CMC与CS质量比为1∶4时制备的水凝胶呈规则球状.     

聚乙烯醇/聚乙烯吡咯烷酮/碘复合水凝胶的制备与性能

采用低温冷冻的方法,通过改变聚乙烯醇(PVA)和聚乙烯吡咯烷酮碘络合物(PVP-I)的配比、冷冻时间、冷冻-解冻循环次数,制备出一种可调控力学性能的PVA/PVP-I复合水凝胶.研究了该复合水凝胶的机械性能、微观结构、碘缓释性能和抑菌性质.研究结果表明, PVA/PVP-I复合水凝胶可调控的力学性质可以满足伤口敷料对水凝胶力学性质的需求;复合水凝胶的网络结构可以有效降低碘在紫外线下的分解速度,实现对碘的稳定保护作用及控制释放,从而发挥水凝胶持续抑菌性能,为抑菌水凝胶的设计制备提供了新思路.     

CO2致孔的海藻酸钠水凝胶对BSA的可控释放

本文以碳酸氢钠(NaHCO3)为致孔剂制备了海藻酸钠/聚丙烯酸复合水凝胶(G-APCGs),采用扫描电子显微镜(SEM)观察了其形貌.水凝胶(G-APCGs)有清晰的孔洞结构,其结构受到单体和致孔剂投加量影响.进一步研究了丙烯酸(AA)、NaHCO3投加量对复合水凝胶溶胀性能的影响.结果表明,复合水凝胶具有良好的pH敏...     

天然高分子材料水凝胶的制备及其应用进展

水凝胶是一种由高分子聚合物构成的三维网络材料,用自然界中天然存在的高聚物及其衍生物材料构建水凝胶,具有生物相容性、环境敏感性高、生物可降解性和对环境无污染等优势。本文介绍了近几年天然高分子水凝胶材料在医药卫生、食品、农业和环保等领域的应用情况;并按材料来源的不同,分类综述了蛋白质、多肽类水凝胶,海藻多糖水凝胶,动物多糖水凝胶,植物多糖水凝胶,其改性和制备复合水凝胶的最新技术、功能特性以及应用领域;最后对天然高分子水凝胶制备的改进方向和重点应用领域进行了展望。     

疏水/亲水性聚二乙烯基苯/聚丙烯酸大孔互穿聚合物网络树脂对苯胺的吸附性能

采用分步悬浮聚合法制备了聚二乙烯基苯/聚丙烯酸甲酯（PDVB/PMA）大孔互穿聚合物网络,将其中的聚丙烯酸甲酯转化为聚丙烯酸,得到具有疏水/亲水性能的聚二乙烯基苯/聚丙烯酸（PDVB/PAA）大孔互穿聚合物网络（IPN）,研究了这类疏水/亲水大孔PDVB/PAA IPN对苯胺的吸附热力学和吸附动力学,测定了该树脂的孔结构、含水量、弱酸交换量和溶胀性能;测定了该树脂对苯胺在不同温度下的吸附等温线,利用热力学函数关系计算了吸附焓、自由能和熵。 红外光谱显示,成功合成了疏水/亲水PDVB/PAA IPN,与PDVB、PDVB/PMA IPN树脂相比,其BET表面积以及孔容均减小,含水量为62.73％,弱酸交换量为1.91 mmol/g;对苯胺的吸附为放热、自发的过程;溶胀实验、静态解吸实验表明,PDVB/PAA IPN树脂中疏水性的PDVB网具有疏水作用吸附能力,亲水性的PAA网具有氢键作用吸附能力。 对苯胺的吸附在90 min时即可达到吸附平衡,树脂吸附苯胺符合一级速率方程,吸附速率主要受颗粒内扩散的控制,同时还受液膜扩散的影响,吸附动力学可采用HSDM模型描述。     

丝素蛋白纤维/聚N-异丙基丙烯酰胺复合水凝胶的性能

以丝素蛋白纤维为填充材料,采用自由基聚合的方法制备复合聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPPAm)水凝胶,研究复合水凝胶的黏弹性能、溶胀性能和反复溶胀-收缩性能。结果表明:丝素蛋白纤维的加入改善了复合水凝胶的力学性能,其平衡溶胀率不仅与温度有关,而且与丝素蛋白纤维的含量有关。此外,处在表面的丝素蛋白纤维与水凝胶之间存在间隙,在反复溶胀-收缩过程中可以作为输水通道,有利于水分子进出,提高了PNIPPAm水凝胶对温度的响应速率并使其溶胀-收缩重复性更好。     

溶胶-凝胶法原位复合PVA/HA水凝胶的结构表征与性能研究

采用溶胶-凝胶原位复合的方法制备了聚乙烯醇/羟基磷灰石生物活性复合水凝胶,探讨了HA含量对复合水凝胶结构性能的影响,用X射线衍射分析、红外光谱分析、DSC、扫描电镜等方法对HA在PVA水凝胶体系中的晶态结构及分散状态进行了表征,并与物理共混复合法进行了比较.研究发现,采用溶胶-凝胶法原位复合可在PVA水凝胶中形成具有生物活性的HA结晶结构,且分散良好,分布均匀.HA粉体作为异相成核剂,促进了PVA水凝胶基体的结晶,提高了复合水凝胶的力学性能.