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【6h】

聚乙二醇滑动轮凝胶的制备与力学性能研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 超分子化学

1.2 轮烷

1.2.1 轮烷简介

1.2.2 轮烷的种类

1.3 高强度凝胶的种类

1.3.1 物理增强凝胶

1.3.2 滑动轮凝胶

1.3.3 纳米复合凝胶

1.3.4 互穿网络结构凝胶

1.4 高强度凝胶的应用

1.4.1 建筑工程领域

1.4.2 生物领域

1.4.3 其他领域

1.5 研究意义和内容

1.5.1 研究意义

1.5.2 研究内容

2.1 引言

2.2 实验原理

2.3 实验部分

2.3.1 实验所需试剂与仪器

2.3.2 末端羧基化PEG(HOOC-PEG-COOH)的合成

2.3.3 HOOC-PEG-COOH与α-CD准聚轮烷包合物的合成

2.3.4 HOOC-PEG-COOH与α-CD聚轮烷的合成

2.3.5 产物表征

2.4 结果与讨论

2.4.1 HOOC-PEG-COOH的表征结果

2.4.2 HOOC-PEG-COOH与α-CD准聚轮烷包合物的表征结果

2.4.3 HOOC-PEG-COOH与α-CD准聚轮烷包合物的制备条件优化

2.4.4 HOOC-PEG-COOH与α-CD聚轮烷的表征结果

2.4.5 HOOC-PEG-COOH与α-CD聚轮烷的制备条件优化

2.4.6 聚轮烷包合率的计算

2.5 本章小结

第三章 PEG滑动轮凝胶的制备与拉力性能测试

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 实验所需试剂与仪器

3.2.2 PEG滑动轮凝胶的制备

3.2.3 滑动轮凝胶的压缩与拉伸测试

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第四章 结论与创新

4.1 本文主要结论

4.2 本文创新点

4.3 后续工作建议

参考文献

致谢

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摘要

水凝胶是一类溶胀于水而不溶于水的网络结构高分子,其在生物、制药、吸水保水等方面有着优异的性能,但传统水凝胶的机械性能较差,严重阻碍了其在现实生活中的应用。近些年来,人们开发出了多种新颖的结构来增强凝胶的力学性能,其中滑动轮凝胶成为近几年来的研究热点。
  滑动轮凝胶因其内部特殊的“8”字型结构而具有滑轮效应,能很好的分散外力,使凝胶内部各链段受力均匀,从而达到增强凝胶机械性能的目的。本论文以增强凝胶的机械性能为目的,合成出了PEG滑动轮凝胶并改善了凝胶的力学性能。具体内容如下:
  (1)以TEMPO、次氯酸钠、溴化钠为氧化体系,通过氧化反应将PEG链两端的羟基氧化为羧基,得到HOOC-PEG-COOH,产率为82%。利用1H-NMR、IR、TGA对产物结构进行了表征。
  (2)采用超声方法促进HOOC-PEG-COOH链与α-CD的穿环包合,低温离心洗涤的方式处理准聚轮烷产物,抑制准聚轮烷脱复合的发生。用1H-NMR谱图峰面积计算准聚轮烷的包合率。同时,考察了HOOC-PEG-COOH与α-CD之间的配料比、反应时间、反应温度等因素对准聚轮烷产率与包合率的影响,得到制备准聚轮烷的最优条件为:HOOC-PEG-COOH与α-CD的质量比为1∶15,超声时间为滴加完毕α-CD水溶液后2h,温度范围为15-17℃。在此条件下制得准聚轮烷的产率为46.46%,包合率达到80.70%。利用1H-NMR、IR、TGA对产物结构进行了表征。
  (3)以金刚烷胺为封端剂,BOP、DIPEA为催化体系,PEG准聚轮烷封端得到聚轮烷。考察了金刚烷胺与准聚轮烷的质量比、DIPEA与BOP的用量比、反应时间等因素对聚轮烷产率的影响,得到制备聚轮烷的最优条件为:金刚烷胺与准聚轮烷的质量比为1∶32,DIPEA与BOP的质量比为1∶1.6,反应时间24h,反应温度4℃。在此条件下制得聚轮烷的产率为40.66%,包合率为40.35%。利用1H-NMR对产物进行了结构表征。
  (4)以六亚甲基二异氰酸酯(HDI)为交联剂,交联聚轮烷得到PEG滑动轮凝胶,并发现交联密度对水凝胶的强度有显著影响,其最大压缩应力为11.64MPa,拉伸应力为0.42MPa。

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