双网络纤维素凝胶的合成及性能毕业论文

 2021-04-27 10:04

摘 要

双网络纤维素凝胶材料的性能由于其在应用领域的扩大而被要求的更高,为了能研发出更优良性能的双网络水凝胶成为研究热点。双网络凝胶通过第一网络和第二网络缠结互穿通过分子间氢键或其他作用力结合在一起得到高强度凝胶。如果在纤维素网络中引入聚丙烯酸/聚丙烯酰胺水凝胶,将改善其力学性能,增大其优势。

本文以纤维素为第一网络,以聚丙烯酸(PAA)/聚丙烯酰胺(PAM)为第二网络,以氯化锌为溶剂,合成双网络纤维素凝胶。通过控制聚丙烯酸和聚丙烯酰胺的用量,提高双网络纤维素凝胶的性能。用万能拉力试验机测定其力学性能,用红外光谱法表征双网络纤维素凝胶的结构。

结果表明:随着聚丙烯酸和聚丙烯酰胺含量的增加,制备的双网络纤维素凝胶产物拉伸强度变大。从红外图谱上吸收峰的变化分析得到,随着第二网络的引入,纤维素凝胶氢键化程度不断加强。

关键词:双网络凝胶;纤维素;聚丙烯酸/聚丙烯酰胺;性能

Synthesis and properties of

double network cellulose gel

ABSTRACT

The performance of dual network cellulose gel materials is more demanding because of its application in the field. In order to develop better performance of double network hydrogels, it has become a research hotspot. The double network gel is obtained through the first network and the second network entanglement and interpenetrating through the intermolecular hydrogen bonding or other forces to get high strength gel. If polyacrylic acid/polyacrylamide hydrogel is introduced into cellulose network, its mechanical properties will be improved and its advantages will be increased.

In this paper, cellulose network was synthesized by using polyacrylic acid (PAA) / polyacrylamide (PAM) as the second network and zinc chloride as solvent. By controlling the amount of polyacrylic acid and polyacrylamide, the performance of double network cellulose gel can be improved. The mechanical properties were measured by universal tensile testing machine, and the structure of double network cellulose gel was characterized by IR.

The results showed that with the increase of polyacrylic acid and polyacrylamide content, the tensile strength of the double network cellulose gel products increased, but when the content of polyacrylic acid and polyacrylamide exceeded a certain value, the elastic modulus and elongation at break decreased. From the analysis of absorption peaks on IR spectra, the degree of hydrogen bonding of cellulose gels is enhanced with the introduction of the second network.

Key words:Double network gel; cellulose; polyacrylic acid / polyacrylamide; properties

目录

1 绪论 1

1.1 前言 1

1.2 选题依据 1

1.3 水凝胶的制备与应用 2

1.4 双网络纤维素凝胶的发展概况 2

1.4.1 互穿网络凝胶 3

1.4.2 双网络凝胶 4

1.5 不同体系的双网络凝胶 5

1.5.1 PAMPS/PAAm水凝胶 5

1.5.2 细菌纤维素/明胶水凝胶 6

1.5.3 微凝胶增强双网络水凝胶 6

1.5.4 液晶水凝胶 7

1.5.5 空穴增韧的双网络水凝胶 7

1.5.6海藻酸钠增强的双网络水凝胶 7

1.6双网络纤维素凝胶的制备方法及原料 8

1.6.1反应机理 8

1.6.2反应原料 9

1.7本课题研究的内容和意义 10

1.7.1 研究意义 10

1.7.2 主要研究内容 10

2 实验部分 11

2.1 实验方案 11

2.2 实验原料 11

2.3 实验仪器 11

2.4 制备方法 12

2.4.1 第一层网络的制备 12

2.4.2 第二次网络的制备与引入 12

2.4.3 注模 12

2.5 表征与性能测试 12

2.5.1 拉伸性能测试 12

2.5.2 压缩性能测定 13

2.5.3 IR测试 13

2.5.4 X-射线衍射分析 13

3 数据处理与讨论 14

3.1 物理状态分析 14

3.2 红外分析 14

3.3 XRD 15

3.4 聚丙烯酸/聚丙烯酰胺含量对力学性能的影响 16

3.4.1 聚丙烯酸/聚丙烯酰胺含量对拉伸性能的影响 16

3.4.2 聚丙烯酸/聚丙烯酰胺含量对压缩性能的影响 17

总 结 18

致 谢 19

参考文献 20

1 绪论

    1. 前言

纤维素有来源广泛、绿色环保、可降解、可再生等优点和优良的生物相容性和力学性能成为制备双网络凝胶的主要原材料。双网络纤维素凝胶材料的性能由于其在应用领域的扩大而被要求的更高,为了能研发出更优良性能的双网络水凝胶成为研究热点。双网络凝胶通过第一网络和第二网络缠结互穿通过分子间氢键或其他作用力结合在一起得到高强度凝胶。如果在纤维素网络中引入聚丙烯酸/聚丙烯酰胺水凝胶,将改善其力学性能,增大其优势。双网络凝胶通过第一网络和第二网络缠结互穿通过分子间氢键或其他作用力结合在一起得到高强度凝胶。如果在纤维素网络中引入聚丙烯酸/聚丙烯酰胺水凝胶,利用丙烯酰胺上的酰胺基与纤维素上的羟基间形成的氢键作用进一步增强各项性能,将改善其力学性能,增大其优势。

本文以溶解在ZnCl2/CaCl2水溶液中的纤维素为原料制备了水凝胶。以棉短绒为原料纤维素为第一网络,以聚丙烯酸(PAA)/聚丙烯酰胺(PAM)为第二网络,以氯化锌为溶剂,合成双网络纤维素凝胶。通过控制聚丙烯酸和聚丙烯酰胺的用量,提高双网络纤维素凝胶的性能。

    1. 选题依据

纤维素具有良好的生物相容性、无毒性和类网状结构,是石油合成聚合物的一种很有前途的替代品。纤维素中含有丰富的羟基,并能广泛应用于造纸、精细化工、纺织等领域。天然纤维素是自然界中最古老和丰富的可再生资源,主要来源于木材,也可由草本类、韧皮类和种毛类中获得。天然纤维素的基本结构单元为B-D-葡萄糖残基以 1,4-苷键相连,结构上为间同立构,具有高度的规整性的线性大分子。这种结构决定了纤维素具有难溶、难熔,缺乏热可塑性等诸多缺点,对纤维素的加工及应用十分不利,亟待改善。随着石油资源的日渐穷乏以及环境污染问题的日趋日渐严厉,突出了纤维素来源广泛、绿色环保、可降解、可再生等优点和优良的生物相容性和力学性使之能成为制备双网络凝胶的主要原材料。

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