纤维素基智能凝胶的制备、结构及性能研究

纤维素是自然界中最丰富的生物质资源,因其具有可再生性、生物相容性、无毒、可降解等诸多特性,纤维素及其衍生物不仅广泛应用于传统的工业领域,而且在药物控释、组织工程、可穿戴设备材料等领域也有着广阔的应用前景。受到工程技术应用需求的驱动,以纤维素及其衍生物为基材的智能凝胶材料已成为目前的研究热点。作者系统研究了纤维素基智能凝胶材料的制备、结构及性能。主要内容如下： 1.制备了纤维素基气凝胶并对其进行疏水改性,研究了疏水改性后的纤维素气凝胶材料在水下吸附气体的能力,并设计了纤维素基智能捕集器,用于连续不断地吸附从海底释放的甲烷气体。 2.制备了TEMPO氧化的纳米纤维素纤维,并将其用于增强聚丙烯酰胺/明胶形状记忆水凝胶的力学性能;制备的复合水凝胶展示了较好的形状记忆行为,并且该水凝胶的形状记忆性能具有较好的可重复性。 3.利用羧甲基纤维素制备了对多种金属阳离子响应的形状记忆水凝胶;能够通过改变羧甲基纤维素与金属离子之间的交联密度,调节该水凝胶的力学性能。 4.将羧甲基纤维素钠与聚丙烯酸（PAA）复合制备出具有较优异机械性能和自修复性能的聚丙烯酸/羧甲基纤维素钠水凝胶。通过简单的浸泡法,将该复合水凝胶浸泡在氯化钠（NaCl）溶液中,可以促进CMC和PAA之间的链缠结,进一步提升其机械性能。此外,由于水凝胶的导离子性,制备的水凝胶具有良好的传导性能,有望实现在电子皮肤或可穿戴设备中的应用。     

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.     

羧甲基纤维素钠/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶的制备及结构性能表征

以无机粘土为交联剂制备了具有温度、pH双重敏感特性的羧甲基纤维素钠/聚(N-异丙基丙烯酰胺)/粘土半互穿网络纳米复合水凝胶(CMC/PNIPA/Clay semi-IPN),并通过红外和透射电镜对其结构和形态进行了表征。在酸性(pH=1.2)和20℃条件下,分别研究了温度和不同pH缓冲液对该凝胶溶胀度的影响,测定了复合水凝胶的力学性能。结果表明:水凝胶中的粘土被剥离成单片层,且均匀分散在凝胶网络中,起交联剂的作用,而CMC以线性大分子的形态存在;CMC/PNIPA/Clay具有良好的温度、pH双重敏感特性;凝胶的断裂伸长率>1 000%。     

玉米秸秆/羧甲基纤维素复配水凝胶水分释放行为

以粉碎的玉米秸秆(RCS)和羧甲基纤维素(CMC)为原料,制备了含水质量分数可达97.47%的玉米秸秆/羧甲基纤维素复配水凝胶(RCS/CMC)。考察了交联剂、CMC和RCS用量对RCS/CMC凝胶模量的影响,凝胶在缓冲溶液中的降解行为和土壤中的失重行为,以及凝胶对土壤持水量、玉米种子萌发的影响。结果表明,与对照实验比较,RCS/CMC凝胶可以提高土壤持水率1.00%~1.61%,在37 ℃缓冲溶液中用纤维素酶处理4 d后降解率约80%,土壤中25 d后失重约94%;用CMC/RCS凝胶处理玉米种子,虽然平均延长了种子萌发时间,但种子的萌发率较高。其中相对湿度18%、20%、23%、26%、28%和30%的萌发试验,由于水分胁迫对照实验种子不能萌发,而CMC/RCS凝胶处理的种子发芽率仍可达到97%。     

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...     

环糊精-壳聚糖/羧甲基纤维素水凝胶的制备及其缓释性能研究

首先通过壳聚糖(CS)、柠檬酸(CA)和环糊精(β-CD)制备了环糊精接枝壳聚糖载体(CS-CA-β-CD);然后将CS-CA-β-CD与羧甲基纤维素(CMC)共混制备了环糊精-壳聚糖/羧甲基纤维素水凝胶(CS-CA-β-CD/CMC),利用红外光谱(FTIR)、Zeta电位和透射电镜(TEM)对其结构进行表征;最后将...     

肝素钠/聚乙烯醇复合水凝胶的制备与性能

通过循环冷冻-解冻法,制成了肝素钠/聚乙烯醇(HS/PVA)复合水凝胶材料。 探讨了不同质量分数肝素钠对复合水凝胶材料的可见光透过率、含水率、亲水性、力学性能以及肝素钠释放量的影响。 结果表明,复合水凝胶的可见光透过率为92%以上,溶胀平衡的含水率为72%~78%,亲水性较纯PVA水凝胶有所提升,拉伸强度和断裂伸长率都稍有下降。 细胞粘附实验结果表明,适量的肝素钠的释放可以达到减少细胞粘附的效果。 这种HS/PVA复合水凝胶材料有望用作人工角膜中心区材料。     

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.     

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。     

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...     

载银离子PLGA-PEG-PLGA温度敏感水凝胶的制备及体外抗菌性能

利用聚乙二醇(PEG 1000)引发乙交酯和 D,L-丙交酯开环共聚合, 制备了聚丙交酯乙交酯(PLGA)三嵌段共聚物(PLGA-PEG-PLGA)温敏水凝胶材料; 利用核磁共振氢谱( ¹H NMR)确定了产物的结构及组成. 通过还原硝酸银的方法制备银纳米粒子(AgNPs), 并将其与PLGA-PEG-PLGA三嵌段共聚物水凝胶混合, 制得新型AgNPs/PLGA-PEG-PLGA复合水凝胶; 对该复合水凝胶的相关性能进行了表征. AgNPs/PLGA-PEG-PLGA复合水凝胶仍然具有温敏性能, 随着温度升高可发生溶胶-凝胶的相转变; 还可以持续释放银纳米粒子, 从而发挥抗菌性能. 体外细胞实验结果表明, AgNPs/PLGA-PEG-PLGA复合水凝胶具有良好的生物相容性, 未见明显细胞毒性, 是具有应用前景的新型复合水凝胶.     

细菌纤维素/聚丙烯酰胺水凝胶的制备及性能表征

通过自由基聚合在细菌纤维素(BC)网络中引入聚丙烯酰胺(PAM),制备了细菌纤维素/聚丙烯酰胺(BC/PAM)复合水凝胶,并采用扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱(IR)、热失重分析(TGA)、X射线衍射(XRD)和力学测试等手段对复合凝胶的结构和性能进行了研究.研究结果显示在复合水凝胶中,虽然PAM自身没有交联,但由...     

聚N-异丙基丙烯酰胺/类水滑石复合水凝胶的制备及温敏性

以类水滑石(LDHs)和N-异丙基丙烯酰胺(NIPA)为原材料,采用自由基引发聚合制得了有机无机PNIPA/LDHs温度敏感复合水凝胶。 通过热重分析仪(TGA)、示差扫描量热仪(DSC)和扫描电子显微镜(SEM)等技术手段表征了材料的结构和性能。 结果表明,PNIPA/LDHs复合水凝胶在33 ℃左右可实现溶胶-凝胶的可逆性变化,LDHs质量分数基本不影响复合水凝胶的胶凝化温度和胶凝时间。 LDHs添加可使PNIPA/LDHs复合水凝胶的热稳定性较NIPA有大幅度提升。 随LDHs质量分数及n(Mg):n(Al)的增加,复合凝胶的吸热峰值稍有增加。 所合成PNIPA/LDHs复合水凝胶表面粗糙不平,具有一定的孔洞结构。     

γ-聚谷氨酸/壳聚糖/纳米银复合水凝胶的制备和表征

为解决创伤修复过程中致病菌引起的感染问题,本研究制备了γ-聚谷氨酸/壳聚糖/纳米银复合水凝胶,对复合材料进行结构性能、物理性能、细胞毒性和抗菌性评价。透射电子显微镜结果表明,材料上合成粒径1~9nm的纳米银粒子;扫描电子显微镜观察到材料呈三维网状结构,傅里叶红外光谱表明,原位合成纳米银的化学反应不影响水凝胶的化学结构;热失重分析表明,材料具有良好的热稳定性且可以通过调整反应物剂量调控纳米银在水凝胶上的负载量;细胞毒性实验和抗感染实验证明复合水凝胶具有良好的细胞相容性和抗菌性。本研究为实现基于纳米银的抗菌性创伤修复材料的应用奠定实验基础。     

辐射交联制备改性CMC水凝胶的溶胀行为研究

利用丙烯酰胺 (AAm)接枝改性纤维素 ,然后进行羧甲基化反应得到高取代度的丙烯酰胺 羧甲基纤维素钠 (AAm CMC Na) .对该材料进行γ射线辐照制备出新型改性CMC水凝胶 .研究了这种水凝胶的溶胀动力学、交联动力学以及温度、pH值和无机盐浓度对水凝胶溶胀行为的影响 ,并与CMC Na水凝胶进行了比较 .结果表明 ,该水凝胶和CMC Na水凝胶相比 ,优点在于辐照交联所用的剂量下降 ,而且所需的CMC浓度减少 .AAm CMC Na水凝胶的溶胀度随温度升高而增大 ,在pH为 6～ 8范围内达到最大值 ,并随无机盐浓度与吸收剂量增加而下降 ,表现出较好的温度敏感性和pH敏感性 ,可望作为吸水材料和水保持剂     

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.     

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。     

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.     

力学强度可调控的双醛微纤化纤维素/聚乙烯醇复合水凝胶的制备与性能研究

本文探讨了可方便调控力学强度的双醛微纤化纤维素/聚乙烯醇(DAMFC/PVA)复合水凝胶。将DAMFC与PVA溶液混合,利用DAMFC上的醛基与PVA大分子链上羟基的缩醛反应制得DAMFC/PVA水凝胶,并用不同盐溶液进行浸泡。缩醛反应使增强体DAMFC与基体聚合物PVA之间以共价键方式相连接。在受到应力作用时,应力能高效地从增强体传递到基体,从而使复合水凝胶的力学强度显著提高。此外,经过盐溶液浸泡,盐析作用使PVA水凝胶的力学强度进一步提高,且阴离子种类对力学强度的影响很大。通过调控DAMFC的含量、高碘酸钠的氧化时间及盐溶液阴离子的选择,可在较大范围内调控PVA复合水凝胶的力学强度,以满足不同应用的需求。     

羧甲基壳聚糖/海藻酸钠半互穿网络水凝胶的制备及性能研究

以羧甲基壳聚糖(CMC)和海藻酸钠(SA)为原料,京尼平(GP)为交联剂,制备具有pH敏感性的CMC/SA半互穿网络(semi-IPN)水凝胶.利用特性黏数、红外光谱对CMC/SA水凝胶的半互穿网络结构及形成机理进行了分析与表征;对水凝胶的力学性能进行了测试;探讨了pH值及交联剂含量对水凝胶溶胀性能的影响.结果表明,京尼平交联的CMC/SA水凝胶具有半互穿网络结构.当w(CMC)∶w(SA)=5∶5时,CMC/SA水凝胶的断裂强度达到最大值(59 MPa),分别比纯的CMC(40 MPa)和SA(36 MPa)提高了47.5%和63.9%;当SA含量为60%时,CMC/SA水凝胶的断裂伸长率达到最大值(13.0%).当pH3.0时,溶胀率随pH值的增大而减小,pH=3.0时,溶胀率最小(186%);当pH3.0时,溶胀率随pH值的增大而增大,pH=9.0时,溶胀率最大(886%).京尼平交联的CMC/SA半互穿网络水凝胶具有明显的pH敏感性、溶胀可逆性及对pH的快速响应性.