PDMAEMA水凝膠膜增強性能的研究

摘 要：在本實驗中，我們首先利用紫外光聚合方法制備了PDMAEMA水凝膠膜，然后通過浸泡不同濃度鹽實現了PDMAEMA水凝膠膜的增強。之后對其增強原理進行研究，結果表明，NaCl可以誘導PDMAEMA水凝膠膜取向度增加，取向度影響凝膠膜強度，所以浸泡NaCl溶液可以增加PDMAEMA水凝膠膜強度。

關鍵詞：PDMAEMA；水凝膠膜；取向度

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.10.175

0 前言

近年來，由于天然優勢，聚合物在構建智能和可控納米水凝膠方面發揮著重要作用[1]。首先，聚合物鏈的大小在納米范圍內。其次，聚合物顯示出多樣化的拓撲結構，如線形，星形，樹枝狀，梳形和交聯結構。而且，它們也可以自組裝成不同的結構。第三，由于它們具有廣泛的功能可能性，聚合物可以響應不同的外部或內部刺激，如pH，溶劑，離子，溫度，輻射，電場或磁場[2]。PDMAEMA是一種弱聚電解質，具有最低臨界相轉變溫度（LCST）～50℃，具有相轉變行為，其中高于此LCST聚合物在水中呈現出消溶脹。與此同時，最近在開發強韌的水凝膠方面的進展使智能軟濕材料作為生物材料，軟機器人，智能致動器和傳感器具有巨大的潛力。然而，固有的低機械強度極大地限制了它們在實際中的應用，特別是在具有堅硬，堅韌和抗沖擊性質的承載軟組織中，例如肌腱，軟骨和韌帶等[3]。本文中，我們利用紫外光照射聚合制備得到PDMAEMA水凝膠膜，將合成的水凝膠膜在不同濃度的NaCl鹽溶液中浸泡，強度增加，對其進行拉伸測試，定量分析強度變化。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

甲基丙烯酸二甲氨基乙酯（DMAEMA）、N，N-亞甲基雙丙稀酰胺（MBA）、羥基-甲基苯基丙酮、紫外燈（15W，365nm）

1.2 儀器與表征

萬能拉伸機。

1.3 實驗過程

將去離子水11ml加入10ml試樣瓶中，加入交聯劑N，N-亞甲基雙丙稀酰胺（MBA）0.2g、單體甲基丙烯酸二甲氨基乙酯（DMAEMA）2.5mL、光引發劑羥基-甲基苯基丙酮50μL，混合超聲10min后，用注射器將混合液體注入玻璃片間，冰水浴下，紫外燈照射10h，形成無色透明的PDMAEMA凝膠膜。將形成的凝膠膜放入去離子水中浸泡12h每4小時換一次水，洗滌未反應的單體及引發劑等。

2 結果與討論

圖1為PDMAEMA水凝膠膜分別浸泡NaCl溶液前后的宏觀圖。可以看出，浸泡NaCl溶液之前PDMAEMA水凝膠膜透明，強度低、脆性大、易碎，不能進行性能測試；浸泡飽和NaCl溶液之后的PDMAEMA水凝膠膜透明度降低，強度增加，可以進行性能測試。隨后對其進行拉伸測試，定量研究泡鹽前后PDMAEMA水凝膠膜增強性能。

對合成的水凝膠膜進行拉伸測試，單純的PDMAEMA水凝膠初始狀態強度與韌性比較低不能測出。圖1顯示的是PDMAEMA水凝膠膜分別浸泡3M和飽和NaCl溶液后的拉伸強度測試。可以看出，隨浸泡NaCl濃度的增加，PDMAEMA水凝膠的強度、伸長率與韌性增加。在1M NaCl中浸泡后強度與韌性依然比較低無法測出；在3M NaCl中浸泡，強度273.3KPa，韌性218.77KJ/m3；在飽和NaCl中浸泡后強度為1048KPa，較3M 時提高4倍，韌性865.54KJ/m3。之后對泡鹽前后的PDMAEMA水凝膠膜進行偏光測試，泡鹽之前沒有顯示各項異性，在飽和NaCl溶液中浸泡之后顯示明顯的各項異性；隨后將飽和NaCl溶液pH調成1，強度降低，再進行偏光測試，各向異性也消失。分析原因，PDMAEMA水凝膠膜強度增加可能與各向異性有關，NaCl可以誘導PDMAEMA水凝膠膜中聚合物鏈的取向。

3 實驗結論

（1）紫外光照射聚合得到PDMAEMA水凝膠膜；

（2）通過拉伸測試顯示，浸泡鹽溶液之后PDMAEMA水凝膠膜得到增強；

（3）PDMAEMA水凝膠膜強度增加可能與各向異性有關，NaCl可以誘導PDMAEMA水凝膠中聚合物鏈的取向。

參考文獻：

[1]Liu T， Burger C， Chu B. Prog Polym Sci.2002（28）：5-26.

[2]Minko S.Responsive polymer materials： design and applications. Oxford： Blackwell Publishing Ltd.2006.

[3]Yanyu Yang， Xing Wang， Fei Yang， Hong Shen， and Decheng Wu. A Universal Soaking Strategy to Convert Composite Hydrogels into Extremely Tough and Rapidly Recoverable Double Network Hydrogels；Adv.Mater.2016.

作者簡介：單彩云（1991-），女，碩士，材料工程專業。