摘要
聚合物水凝胶是一种含有大量水分和三维立体聚合物网络的软湿材料，其性质介于固体和液体之间，既有一定的流动性，又有较好的粘弹性。水凝胶一般具有很好的生物相容性及对环境的敏感性，使得其在日用品、工农业和生物医药等领域得到了广泛应用。但是，多数水凝胶在外力作用下往往因为缺少有效的能量耗散机制，使得水凝胶的力学性能较差，往往也缺乏自愈合的能力，这极大限制了水凝胶的应用。因此，如何制备出可自愈合的高强韧水凝胶，仍然是当前水凝胶研究领域的一个重要方向。 本文在水凝胶体系中引入两个动态可逆键——离子键与氢键，从而在水凝胶体系中建立起有效的能量耗散机制，并通过离子键与氢键之间的协同作用使水凝胶具有较好的力学性能。在水凝胶受到外力作用时，离子键与氢键断裂耗散能量,从而提高水凝胶的韧性;当外力解除后，离子键与氢键又会重新形成，使得水凝胶具有一定的自愈合性能。以此可以制备出可自愈合的高强韧水凝胶。我们基于1-乙烯基咪唑制备出3-丙酸-1-乙烯基咪唑溴盐(PVM)及3-丁基-1-乙烯基咪唑溴盐(VBIM),通过它们与阴离子单体及N-羟甲基丙烯酰胺NMAM的聚合，实现在水凝胶中引入离子键与氢键的设想，取得了以下研究成果: 1、基于1-乙烯基咪唑制备PVM作为阳离子单体，通过其与阴离子单体甲基丙烯酸3-磺酸丙酯钾盐(SPMA-K)/对苯乙烯磺酸钠(NaSS)、以及NMAM单体在水中的光引发自由基聚合，制备出P(PVMa-co-SPMA-Kb-co-NMAMc)及P(PVMa-co-NaSSb-co-NMAMc)水凝胶。探究了单体投料比、制备时是否加入无机盐KBr/NaBr及在水中的透析时间对水凝胶性能的影响。结果表明，这两种水凝胶的投料比为4∶4∶4时的性能是最好的，制备过程中不加KBr的P(PVM4-co-SPMA-K4-co-NMAM4)-3d水凝胶的拉伸性能是最好的，其断裂伸长率为666％,断裂强度为0.136 MPa,断裂能W为458.8 KJ/m3,而缩短透析时间为2 d时，其断裂伸长率可以达到了 1015％;制备中不使用NaBr的P(PVM4-co-NaSS4-co-NMAM4)-3d水凝胶的断裂伸长率为322 ％,断裂强度为1.511 MPa,断裂能W为2661.8 KJ/m3,而使用NaBr制备的P(PVM4-co-NaSS4-co-NMAM4)-3d水凝胶的断裂伸长率为358％,断裂强度为2.243 MPa,断裂能W为4804.6KJ/m3,这些都属于高强韧水凝胶的范畴。且PVM水凝胶有着良的好自愈合性能和一定的导电性。 2、基于1-乙烯基咪唑制备VBIM作为阳离子单体，通过其与阴离子单体SPMA-K/NaSS、以及NMAM单体的光引发自由基聚合，制备出P(VBIMa-co-SPMA-Kb-co-NMAMc)及 P(VBIMa-co-NaSSb-co-NMAMc)水凝胶。探究了单体投料比、制备时是否加入无机盐KBr/NaBr及在水中的透析时间对水凝胶性能的影响。结果表明，两种水凝胶的单体投料比为4∶4∶6且制备时加入无机盐KBr/NaBr时的水凝胶的性能是最好的。加有无机盐KBr制备的P(VBIM4-co-SPMA-K4-co-NMAM6)-1d水凝胶的拉伸性能是最好的，其断裂伸长率为281 ％,断裂强度为0.064 MPa,断裂能W为 104.1 KJ/m3。加有无机盐NaBr的P(VBIM4-co-NaSS4-co-NMAM6)-1d水凝胶的拉伸性能是最好的，其断裂伸长率为274 ％,断裂强度为1.020 MPa,断裂能W为1440.2 KJ/m3，属于高强韧水凝胶的范畴。且VBIM水凝胶也表现出良好的自愈合性能和一定的导电性。
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