基于多重脲基的高强度超分子水凝胶及弹性聚丙烯酰胺大孔化学水凝胶的制备、结构与性能研究

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高强度水凝胶由于在肌腱、人工软骨、血管等需要承重的软组织材料领域内有着巨大的潜在应用价值，因此越来越受到人们的广泛关注。目前已报道的高强度水凝胶大多是通过引入化学交联剂制备的，此类高强度水凝胶通常由原位聚合一次成型，难以根据实际应用需求，利用其它加工方法制备成符合实际需求的形态（如纳米、微米级纤维），而且通常难以再次回收利用。本文通过简单的方法合成线形结构且含有疏水性多重脲基的聚氨酯脲(PUU)共聚物，然后通过溶液涂膜、热压、静电纺丝、湿法纺丝、微流控等多种加工方法对合成的聚合物进行加工，并制得具有优异机械性能的高强度宏观水凝胶和不同尺度的水凝胶纤维等。制得的水凝胶纤维的尺寸不仅可以在纳米、微米、以及宏观尺度上进行调节，而且同样具有优异的拉伸性能。并且制得的高强度水凝胶还可以再次回收，循环利用。通过在凝胶中引入具有良好生物相容性的羟基磷灰石(HAp)纳米粒子，制备了具有高强度的杂化聚氨酯脲超分子水凝胶，使其有望在需要承重的软组织材料领域内具备潜在的应用价值。
　　本研究主要内容包括：⑴通过“两步法”，以水为间接扩链剂合成了含有多重脲基的聚氨酯脲(PUU)共聚物。红外、GPC、热重测试结果表明：合成的共聚物具有较高和较宽的分子量分布，符合逐步聚合的特征；由于共聚物分子链上疏水性多重脲基的存在，大大增强了分子链之间的氢键作用；共聚物在230℃以前基本不发生分解，具有良好的热稳定性。⑵利用所合成的聚氨酯脲(PUU)共聚物，通过溶液涂膜法制得聚氨酯脲超分子水凝胶。对其宏观机械性能、微观结构和加工等性能进行了系统研究。结果表明， PUU超分子水凝胶具有非常优异的机械性能：拉伸断裂强度在2-14 MPa；断裂伸长率在600-1400％；弹性模量在0.5-6 MPa；断裂能在10-60 MJ m-3，储能模量(G?)在35 kPa-180 kPa。这种高强度水凝胶同时具有较高的含水率（55%-75%）。探究了高强度水凝胶微观结构和宏观性能之间的关系。利用线性聚氨酯脲(PUU)共聚物良好的热稳定性和溶解性，通过热压、静电纺丝、湿法纺丝、微流控等简单的加工方法对共聚物进行了加工，并制得尺寸在纳米、微米、宏观可见尺度的水凝胶纤维以及水凝胶纤维膜。在高强度水凝胶内引入具有很好生物相容性的羟基磷灰石(HAp)纳米粒子后，凝胶仍然具有很好的力学性能（拉伸断裂强度在5 MPa，断裂伸长率在1050%）。另外，不管是完全溶胀后的水凝胶还是脱水以后的水凝胶都可以再次溶解，进行重新加工成型或回收。并且回收聚合物制备的水凝胶仍具有和原始凝胶相当的机械性能。⑶大孔水凝胶因独特的开孔结构以及良好的弹性使得其在细胞支架、细胞分离、药物缓释、组织工程等领域有着潜在的应用价值。而且，和传统的刺激响应水凝胶相比，大孔水凝胶有着对外界环境变化更快的反应速度。但是，已报道的大孔水凝胶的机械性能普遍较弱，未见有关大孔水凝胶的拉伸性能的文献报道。这里，在课题组前期利用反应性胶束共聚合技术，制备可拉伸弹性水凝胶的基础上，我们还通过简单的冷冻凝胶化(Cryo-gelation)技术，以实验室制备的可聚合的表面活性剂作为交联剂，制备了具有良好拉伸、弹性的大孔聚丙烯酰胺水凝胶。并探究了不同制备条件对凝胶孔结构的影响。

著录项

作者
杨南南;
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作者单位

苏州大学;

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授予单位苏州大学;
学科材料科学与工程
授予学位硕士
导师姓名郭明雨;
年度 2017
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总页数
原文格式 PDF
正文语种 chi
中图分类凝胶及软胶;分子间的相互作用、超分子化学;
关键词
高强水凝胶; 凝胶纤维; 氢键结构; 超分子化学;

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