摘要
水凝胶是一种由亲水性的大分子链交联而成的三维网络结构的软材料。它广泛存在于自然界的动植物组织中，也可以通过人工合成的方法制得。聚丙烯酸水凝胶是一种常见的合成高分子水凝胶，它的网链上含有大量的羧基，容易进行结构设计和化学改性，使水凝胶材料具有更多的功能性，被广泛应用于药物控释，分离萃取，传感器及仿生制动等领域。本论文首先以聚丙烯酸为基础网络，添加季铵盐壳聚糖，通过疏水缔合和离子交联的方式制备了物理交联的多功能导电水凝胶；以化学交联点代替上述水凝胶的物理交联之后制备了具有重金属离子吸附功能的水凝胶。此外，以聚丙烯酸网络接枝于木粉纤维素也得到了另一种具有重金属离子吸附功能的水凝胶。对上述三种水凝胶进行了各种性能的研究。具体内容包括以下三个部分。 第一部分，通过一步法制备壳聚糖/聚丙烯酸疏水缔合导电水凝胶。水凝胶的网络结构是通过疏水缔合和Fe3+配位交联构成，其大分子链之间同样存在氢键和正负电荷吸引的静电作用。实验优化了各组分含量，得到具有最佳机械性能的水凝胶，当CTAB/HMA摩尔比为5，FeCl3为0.05g，HACC含量为0.3g时，水凝胶具有最佳的拉伸强度445kPa，韧性可达到3.0MJ/m3。实验结果也显示了水凝胶的自愈合性能随固含量降低而增强，在15%固含量时，水凝胶的自愈合率可达到81.3%。同时，引入疏水缔合结构后，水凝胶的自恢复率从32.1%可以提高到55.5%。此外，Fe3+的存在使水凝胶具有优良的导电性。该水凝胶还具有明显的抗溶胀特性。这种具有多种功能的水凝胶可以应用在柔性传感材料及更多的领域。 第二部分，首先利用丙烯酰氯对聚乙二醇（PEG）进行改性，使两端接枝碳碳双键，合成了大分子交联剂聚乙二醇双丙烯酸酯（PEGDA），并通过FTIR和1HNMR表征了其结构。以PEGDA为交联剂制备了HACC/PAA复合水凝胶，探究了复合水凝胶的吸水性，对Cu2+的吸附性和其机械性能。结果表明，水凝胶在水中的溶胀率随HACC和PEGDA的含量的增加而降低，随水溶液pH值的增加而升高，在pH为5左右发生突变；水凝胶对Cu2+的吸附量及去除率受HACC含量和环境pH的影响，当HACC：AA为3:50时，此复合水凝胶的Cu2+的吸附效果最好，吸附量和去除率分别可以达到124.6mg/g和91%，当环境的pH为5-7时，水凝胶对Cu2+的吸附效果最好；在吸附-解吸循环三次后，水凝胶仍具有92%的Cu2+去除率；除此之外，以PEGDA为交联剂的水凝胶具有优于MBA交联的水凝胶的机械性能。经形变量为80%的压缩后，水凝胶没有明显破损。 第三部分，通过聚合反应在木粉纤维素的羟基上接枝了聚丙烯酸交联网络，并利用红外光谱，热失重和扫描电镜对其结构进行了表征和分析。研究了反应条件对木粉基水凝胶吸水性能及吸附性能的影响。实验结果显示，当AA含量为10g，KPS为0.15wt%，MBA为0.5wt%，反应时间为5h时，木粉基水凝胶的吸水性能最好。同时，当初始浓度是150mg/L，溶液的pH值是5，吸附时间达到60min，吸附温度为30℃时，木粉基水凝胶对Cu2+吸附达到最大值，为120mg/g。
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