黏土基纳米复合水凝胶

介绍了一种以黏土为交联剂的新型纳米复合水凝胶, 重点阐述了水凝胶的结构特点, 制备方法及其特有的力学性能, 自修复性能, 透明度和溶胀性。     

纳米复合水凝胶的研究进展

传统水凝胶存在机械性能差、响应速度慢等缺点,限制了它作为新材料的应用前景。纳米材料具有独特的微观尺度结构和性质,在电子学、光学、机械学、生物学等领域展现出巨大的潜力。将无机纳米材料添加入水凝胶中不但有可能提高水凝胶的机械强度,同时还能赋予凝胶特殊的新性能,如电响应性能、紫外吸收性能、磁敏感性能等。因而纳米复合水凝胶成为近期的研究热点。本文综述了纳米复合水凝胶的增强理论、典型制备方法及其功能化研究进展。     

纳米金复合水凝胶的制备及其应用研究进展

纳米金具有较高的表面能,极易发生团聚,导致其性能降低,而具有多孔性以及结构可调节性等性质的水凝胶在负载和稳定纳米金方面具有重要的实际意义.纳米金复合水凝胶兼具了纳米金和水凝胶各自的优良物理化学性能,能够满足越来越多样化的应用需求,是目前研究中极具潜力的发展方向之一.本文首先介绍了几种典型纳米金如金纳米粒子、金纳米棒、金...     

纳米复合水凝胶的力学行为与刺激响应性

纳米复合水凝胶（nanocomposite hydrogels,NC凝胶）由于其简便的制备方法、独特的组成、优异的力学性能、高光学透明度以及良好的溶胀/去溶胀性等,引起了广泛的关注.近年来,本课题组在NC凝胶的力学行为及刺激响应性NC凝胶的制备方面取得了可喜的研究成果.观察到新合成的和溶胀平衡的聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAm）-锂藻土LaponiteNC凝胶的超拉伸性,发现了在大应变下的应变硬化现象;发现利用Mooney-Rivlin方程可以描述NC凝胶的压缩应力-应变,但不能描述较大的应变硬化;Creton模型能很好地描述NC凝胶在大形变下的应力-应变曲线,特别是凝胶的应变硬化;从NC凝胶小应变下的平衡剪切模量得到了有效交联密度,观察到NC凝胶形变-回复过程的迟滞现象,测定了NC凝胶的松弛指数.我们认为NC凝胶具有超拉伸性的原因是其较低的交联密度和适度的松弛速率;在响应性NC凝胶的制备方面,发现了溶胶型Laponite的水分散液的稳定窗口,避免了加入离子性单体引起的聚集沉淀;通过共聚制备了具有超拉伸性、pH响应或温度和pH双响应的透明NC凝胶.本文主要综述了我们课题组在NC凝胶力学行为及响应性NC凝胶领域的一些研究进展,并分析了NC凝胶研究领域仍然未解决的科学问题,以及今后可能的发展方向.     

聚丙烯酰胺纳米复合水凝胶研究进展

传统化学交联的聚丙烯酰胺(PAM)水凝胶由于力学性能较弱,其应用范围受到很大限制。与之相比,采用纳米复合技术制备的PAM纳米复合(NC)水凝胶,不仅大幅提高了力学性能,而且在溶胀率等方面也有明显的提高。本文结合该领域近年来的研究进展,将PAM NC水凝胶分为纯物理交联和化学物理交联相结合两类,重点讨论了NC水凝胶在力学性能方面的研究结果,对溶胀率等其它方面的性能也进行了综合论述。     

磁性能可控的聚(N-异丙基丙烯酰胺)基纳米复合水凝胶的制备与表征

以N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)为单体、焦磷酸钠改性的无机锂皂石(Clay-S)为物理交联剂,制备了温敏性的纳米复合水凝胶(NC gels),通过原位化学沉淀法引入Fe3O4纳米粒子,制备了聚(N-异丙基丙烯酰胺)基磁性纳米复合水凝胶(MNC gels)。使用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线光谱(EDX)、差示扫描量热分析(DSC)、综合物性测量系统(PPMS)等测试方法表征了凝胶网络的结构形态、磁性粒子的晶型及其分布、凝胶的温敏性和磁性能。重点研究了制备过程中的浸泡液铁盐浓度、预聚液的单体浓度及黏土含量对凝胶磁性能的影响,并对上述影响因素进行了分析和模拟。结果表明:MNC gels同时具有温敏性和磁敏性,且其磁性能受浸泡液铁盐浓度、预聚液的单体浓度及黏土含量影响;根据影响因素显著性水平建立了可预测MNC gels磁性能的模型,使磁性能的可控制备成为可能。     

纳米复合水凝胶体系的设计合成与结构功能一体化构筑

纳米复合水凝胶(NC-Gels)因兼具有机相及无机相的优点,且具有独特的结构特征和理化性能,近年来已成为水凝胶领域的研究重点,在智能器件、生物医药、组织工程等领域有着广泛的应用前景.基于有机/无机杂化原理,通过交联点的结构与功能性设计和凝胶网络的可控构筑,获得了一系列力学性能优异并具有多重响应甚至智能化响应的NC-Gels,并提出了以有机微球或功能化杂化微球分别为交联点构建纳米复合水凝胶(OC-Gels)和杂化水凝胶(H-Gels)的新方法,探索了其在生物医学和智能传感领域等的初步应用.     

无机纳米复合水凝胶*

近年来,纳米材料由于具有诸多奇特效应而备受关注。将无机纳米粒子与高分子水凝胶复合,可以很大程度地改善传统水凝胶的使用性能,因而成为近年来水凝胶研究领域的热点课题之一。纳米材料的形貌多姿多彩,相同材质不同形貌的纳米材料对复合材料性能有着不同的作用。本文从不同形貌（层状、管状及球状等）的无机纳米材料对复合水凝胶性能影响出发,以无机纳米粒子的形貌分类,综述了当前无机纳米复合水凝胶的研究进展。     

醇溶剂交换对聚合物/黏土纳米复合水凝胶的性能改进及结构表征

采用原位自由基聚合,制备了聚N,N-二甲基丙烯酰胺(PDMAA)/黏土(clay)纳米复合水凝胶(D-NCgel),黏土在体系结构中充当多官能团交联点的作用.考察了D-NC gel中溶剂水被交换为醇溶剂时,凝胶结构稳定性,溶胀特性,以及机械性能的变化.D-NC gel在醇溶剂中仍能保持完整的三维网络结构,体系没有瓦解.而且,D-NC gel在醇溶剂中表现出依赖于醇溶剂种类的溶剂交换和溶胀行为.在甲醇中,凝胶溶胀度呈现单调增长,但是在其它醇溶剂,如乙醇、1-丙醇或1-丁醇中,凝胶表现出先收缩后溶胀的特殊溶胀行为.通过在醇溶剂中先溶胀后干燥的方法,制备具有优异机械性能的醇溶剂纳米复合凝胶.与D-NC5 gel相比,D-NC5甲醇凝胶其拉伸力学强度提高了67%(从155 kPa增加到259 kPa),拉伸模量提高了49%(从7.5 kPa增加到11.2kPa).基于凝胶在醇水溶剂中结构可逆性讨论的基础上,探讨了醇溶剂对D-NC水凝胶的改性机理.     

微凝胶增强两性复合水凝胶的制备与性能

将核壳微凝胶包埋在两性基质中,制备了复合水凝胶(CAH)。 研究发现,利用微凝胶与聚合物链之间的物理缠结作用,可以使复合凝胶具有致密的网络结构,力学性能显著提高;复合凝胶对pH和离子强度敏感,呈现出典型的两性聚电解质凝胶的溶胀行为。 同时微凝胶的存在和特殊的复合结构,可赋予CAH两性凝胶基质所不具有的响应性,并实现在高温下快速响应。     

壳聚糖-聚丙烯酸复合水凝胶的药物控制释放行为

以壳聚糖(Cs)和丙烯酸(AA)为原料,利用自由基聚合法制备了具有孔洞结构的复合水凝胶Cs-PAA,并研究了AA的量、交联剂的量、聚合温度和AA的中和度对水凝胶溶胀度的影响以及复合水凝胶对烟酸的控制释放。 结果表明,Cs-PAA复合水凝胶具有良好的pH值、离子强度敏感性,且溶胀度最高达1228 g/g,其在pH=686的缓冲溶液中的烟酸累积释放率明显大于其在pH=1.80的缓冲溶液,因此Cs-PAA水凝胶可作为肠口服药物的载体。     

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。     

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%。     

有机-无机纳米复合水凝胶*

本文综述了近年来有机-无机纳米复合水凝胶领域的研究进展。针对无机成分的不同种类及复合形式,本文将目前已见报道的有机-无机纳米复合水凝胶划分为三类,分别为层状硅酸盐纳米插层复合水凝胶、粘土交联纳米复合水凝胶和二氧化硅纳米杂化复合水凝胶。阐述了三类纳米复合水凝胶的发展趋势,特别就它们的合成方法进行了详细归纳与总结。在此基础上,介绍了纳米无机成分对复合水凝胶的性能增强机理,并就三者之间的增强差异进行了说明。     

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。     

非冻结水对微球复合水凝胶机械性能的影响

本文旨在用DSC的方法研究水凝胶结合水的能力与韧性的关系。 分别以甲基丙烯酸丁酯(BMA)或甲基丙烯酸六氟丁酯(HFBMA)和烯丙基胺为单体,制备了2种核壳纳米微球(BMA微球和HFBMA微球)。 再以其作为大分子引发剂和交联剂,制备了微球交联复合水凝胶(BMA-H凝胶和HFBMA-H凝胶)。 通过差示扫描量热仪(DSC)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)和透射电子显微镜(TEM)等技术手段研究凝胶的结构和性能。 结果表明,HFBMA-H凝胶具有更好的机械性能,其拉伸强度和断裂伸长率分别可达280 kPa和3960%,远高于BMA-H凝胶(101 kPa,2700%)。 通过对2种复合凝胶体系内不同状态的水进行分析,发现HFBMA-H凝胶的非冻结水的质量分数明显高于BMA-H凝胶,这种非冻结水的增塑作用对于凝胶机械强度的提升具有重要影响。     

多孔纳米羟基磷灰石/聚乙烯醇复合水凝胶的表征

本文通过采用溶盐致孔法,制备了多孔纳米羟基磷灰石／聚乙烯醇复合水凝胶材料。用透射电子显微镜、红外光谱、扫描电子显微镜和图像分析对材料进行了表征。结果表明纳米羟基磷灰石与聚乙烯醇之间有一定键合,并且多孔纳米羟基磷灰石／聚乙烯醇复合水凝胶中大孔呈均匀分布且相互贯通,复合水凝胶的含水率在80％左右。该种多孔复合水凝胶是可用于人工角膜支架,是一种很有开发前景的生物医用材料。     

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。     

聚乙烯吡咯烷酮/黏土纳米复合水凝胶的制备及表征

通过原位聚合法, 以N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)和黏土为原料制备了生物相容性有机-无机纳米复合水凝胶, 通过黏度、透明度、XRD及力学性能等研究了水凝胶体系的性质和微观结构. 结果显示, 单体NVP通过氢键作用吸附于黏土粒子周围, 从而有效阻止黏土颗粒的凝胶化; 通过对聚合过程透明度的变化、凝胶吸水性能以及拉伸力学性能分析发现, 其反应机理与丙烯酰胺类体系不同. 黏土颗粒间网链较短, 导致吸水率和断裂伸长率明显低于聚丙烯酰胺/黏土体系, 但模量和拉伸及压缩强度明显增加; XRD结果显示, 干凝胶中黏土颗粒呈有序排列, 随着黏土含量增加, 黏土粒子间距变小, 而在含水复合凝胶中, 黏土颗粒以剥离态均匀分散; 对于凝胶表面的细胞形态观察初步检验了此类纳米复合凝胶的细胞相容性, 未观察到显著不良影响.