摘 要

苯乙烯是一种活性较低的单体，其能和二乙烯苯发生凝胶化反应。此外异丙基丙烯酰胺和N,N亚甲基丙烯酰胺也可以发生凝胶化反应。以苯乙烯-二乙烯苯为主网络体系，按N,N亚甲基丙烯酰胺：异丙基丙烯酰胺摩尔比为2%，4%，6%，8%，10%分别加入到二乙烯苯：苯乙烯摩尔比为2%，6%，10%的凝胶中，溶剂选用1，4二氧六环，引发剂选用过氧化苯甲酰，含量为2%，再分别制作单网络凝胶以作比对，最终得到5组15种不同含量的双网络凝胶样品，使用万能力学试验机测试其压缩比经处理以得到其形变-强度的函数关系。在所有样品中取3个力学性能最好的样品，进行红外光谱测试，以查看其化学键连接。

关键词：苯乙烯；二乙烯苯；异丙基丙烯酰胺；N,N亚甲基双丙烯酰胺；双网络凝胶

Abstract

Styrene is a kind of monomer with low activity, which can gelate with divinylbenzene. In addition, isopropyl acrylamide and N,N methylene acrylamide can also occur gelation reaction. Is given priority to with styrene - divinyl benzene network system, according to the N, N methylene acrylamide: isopropyl acrylamide mole ratio was 2%, 4%, 6%, 8% and 10%, respectively, to join the divinyl benzene, styrene mole ratio was 2%, 6%, 10% gel, choose 1, 4 dioxane solvent, initiator benzoyl peroxide, content is 2%, then make single network gel with passports of respectively, finally get 5 groups of 15 different levels of double network gel samples, using the universal mechanical testing machine to test its compression ratio was treated for a function of the deformation and strength. Three of the samples with the best mechanical properties were tested by infrared spectroscopy to see their chemical bonding.

Key words: styrene; Divinyl benzene; Isopropyl acrylamide; N,N methylene diacrylamide; Double network gel

目录

1 前言 5

1.1研究目的 5

1.2凝胶的制备方法 5

1.2.1聚合同时交联法 5

1.2.2光聚合和辐照聚合 5

1.2.3等离子体引发聚合和电解聚合 6

1.2.4形成高分子链后再交联的方法 6

1.3物理凝胶的制备方法 8

1.3.1合成高分子 8

1.3.2生物-天然高分子 9

1.4有机凝胶的定义、相关组成、性质、制备以及应用 10

1.4.1 有机凝胶因子 10

1.4.2高分子材料有机凝胶因子 12

1.5有机凝胶的研究方法 13

1.6结语 13

2.实验与分析 14

2.1 实验仪器及试剂 14

2.1.1 主要实验仪器 14

2.1.2 主要实验试剂 14

2.2 实验步骤 14

2.2.1 双网络有机凝胶的的制备 14

2.2.2 苯乙烯-二乙烯苯凝胶的制备 15

2.2.3 异丙基丙烯酰胺-N,N亚甲基双丙烯酰胺凝胶的制备 16

2.2.4 苯乙烯-二乙烯苯和异丙基丙烯酰胺-N,N亚甲基双丙烯酰胺双网络凝胶的制备 17

2.3 分析测试方法 18

2.3.1 压缩实验方法 18

2.4.2红外光谱 19

3 实验结果与讨论 20

3.1压缩测试分析 20

3.2红外光谱测试 23

4.结 论 25

1 前言

1.1研究目的

凝胶是一种特殊的分散体系，由溶液或胶体粒子或溶液中的聚合物组成，在一定条件下相互连接，形成三维网状结构。凝胶通常是软而有弹性的，具有液体和固体特性。由于相变的特性，可以制备出对外界环境有响应的功能材料。但由于凝胶力学性能差、强度不足，其应用受到限制。因此，应选择合适的有机溶剂，以获得更好的机械性能和高强度的有机凝胶及其在高分子材料中的应用。采用合适的有机溶剂对凝胶进行改性。采用万能机械试验机和冲击试验机对改性效果进行了评价。讨论了改性有机凝胶在高分子材料中的应用及相关材料性能的改进。

1.2凝胶的制备方法

1.2.1聚合同时交联法

乙烯基单体与二乙烯基化合物的溶液自由基共聚合法是制备凝胶常用方法。

1.2.2光聚合和辐照聚合

在乙烯基单体和交联剂的吸收波长上用光照射，产生单体自由基，引发交联聚合。如果加入过氧化物、偶氮化合物等光敏剂分解，会产生自由基，引发单体与交联剂之间的交联聚合反应，称为光敏聚合。光敏聚合是制备水凝胶的重要方法。

李本刚、曹绪芝^[1]等人采用表面含碳-碳双键的改性纳米纤维素晶体（m NCC）作交联剂和增强剂并通过光聚合的方法来制备新型结构的PAM / m NCC纳米复合水凝胶使其应用于组织工程领域。经过实验表明这种水凝胶为物理/化共交联水凝胶，较之改性前具有更大的溶胀速率和饱和溶胀率，其断裂伸长率提升3-7倍，韧性提高，但是拉伸强度并没有显著提高。

周颖梅、乔波^[2]等人利用光聚合法合成了N－异丙基丙烯酰胺( NIPA)与2－甲基丙烯酸(MA)的共聚水凝胶P(NIPA－co－MA)，研究了其pH敏感性和溶胀行为。实验发现在NIPA上引入亲水单体MA后，凝胶的pH敏感性得到改善。

刘建伟、林琳^[3]等人将偶蛋类单体和丙烯酸羟乙酯（HEA）、 N,N-亚甲基双丙烯酰胺（MBAA）组成光聚合体系。通过光聚合方法制备得到含有偶氮基团的水凝胶材料，并证实升高温度会使得水凝胶材料的内部形态有较大的改变。该水凝胶成型条件温和、形状可控、响应速度快，在电子产品、光开关、防伪材料、护肤材料等方面具有广阔前景。

1.2.3等离子体引发聚合和电解聚合

等离子体引发具有不需要外部引发剂，能够防止试剂污染，以及易于生产线性聚合物产品等优点而逐渐脱颖而出。

王谟、熙郑怀利^[4]采用CTS、丙烯酰胺(AM)和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)等离子体引发法制备了一种壳聚糖基阳离子聚丙烯酰胺CTS- gp (AM-DMC)。对聚合物的表征和分析表明，CTS- gp (AM-DMC)的脱色性能明显优于单独的CTS。随着工业生产和生活的发展，合成有机污染物的种类越来越多。其中染料废水具有很强的生物毒性，会破坏水生生态系统的平衡，在水生环境中具有稳定的残留和积累。因此，研制一种有效的染料废水脱色絮凝剂具有非常广阔的应用前景。

1.2.4形成高分子链后再交联的方法

1. 化学反应法

当高分子聚合物的侧链或者末端带有羟基、氨基、羧基等活性官能团时，可以和具有醛基、羧酸基、羟基、N-羟甲基、环氧基等多官能团分子进行交联反应。此法具有以下特点：①交联均匀②通过不同类型的交联剂，可制备不同性质的凝胶。③可以制成薄膜、纤维等形状④能适用于多糖、蛋白质等生物天然高分子。能保持在溶液中形成高层次结构和取向不变地进行交联反应并制得结构规整的凝胶。

1. 光交联

用光使高分子交联成不溶物的技术。其反应快速，简单和时空可控，广泛应用于化学、生物、医学和材料学等不同研究领域^[5]。在医学领域其主要应用于药物靶标鉴别、药物靶标鉴别、材料修饰与功能化和材料修饰与功能化等方面。光交联还可以有效提高淀粉塑料的力学，耐水及老化等性能^[6]。

（3）辐照交联

通过放射线辐照链状高分子形成交联结构制备凝胶有两种方法，一是先辐照固态的高分子链使相互交联后再加适当溶剂使其溶胀成凝胶；二是直接辐照聚合物溶液，使聚合物交联而成凝胶。

张茂江、胡江涛^[7]等人通过低能电子束辐射改性聚丙烯（PP）/线型低密度聚乙烯（LLDPE）五层共挤聚烯烃（POF）热收缩膜，制备耐温性强，收缩温度窗口宽的POF交联热收缩膜。POF热收缩膜低温收缩性能被改善，热收缩温度窗口被拓宽，但力学性能和热收缩性能无明显影响。低能电子束辐射改性制备POF交联热收缩膜的方法工艺较为简单，容易批量化生产，显示出了巨大的工业应用前景。

戴丽莎、房邦仁^[8]等人采用Co60-γ射线辐照交联法制备细菌纤维素/聚谷氨酸（BC/PGA）复合水凝胶。结果表明,辐照作用下BC纳米纤维和PGA形成双交联复合凝胶网络,BC可有效增加复合水凝胶的压缩强度、储能模量（G’）和凝胶分数,降低复合水凝胶的平衡溶胀度。50kGy辐照剂量下,相对于纯PGA水凝胶,复合水凝胶压缩强度增大5倍,G’增大10倍。同时复合水凝胶无细胞毒性,可安全应用于生物医学领域。

1. 等离子交联

等离子体聚合是利用等离子体放电把单体电离离解，使其产生各类活性种，由这些活性种之间或活性种与单体之间进行加成反应形成聚合膜。氦、氩等惰性气体在等离子体中虽然自身没有化学反应性，但是它们可以切断高分子表面上的化学键。结果产生的高分子自由基又相互结合而形成交联。由于交联只发生在高分子表面，因此适合制备超薄薄膜型凝胶。

金夷超、王超梁^[9]研究了在常压下，介质阻挡放电（DBD）等离子体对PVA薄膜的改性处理。研究表明等离子体处理使 PVA薄膜产生了较好的交联作用，使之耐水性有所提高，但存在加工使用过程中的甲醛污染问题。等离子体对高分子材料的表面改性用于憎水性、亲水性、粘结性、耐磨性以及医用生物材料等研究领域。

施来顺^[10]采用等离子体对聚合物表明改性并详细研究了甲烷等离子体对聚丙烯薄膜燃烧性能的影响 ,结果表明炭层交联作用的存在有利于聚合物薄膜阻燃性能的提高。

1.3物理凝胶的制备方法

1.3.1合成高分子

1. 由氢键形成的交联
2. 聚乙烯醇通过氢键形成微晶，并成为交联点，导致凝胶化。一般可以通过冷冻处理、冷冻部分脱水、反复冷冻熔融、冷冻和低温结晶等方法制备机械强度较高的PVA凝胶。低温冷冻结晶形成交联的机理是:通过冷却，使聚合物水溶液中的游离水冻结，聚合物链被排斥。因此，PVA的局部浓度增加，聚合物链之间形成氢键形成核。经过反复解冻冻结，微晶生长，形成三维网络的网状结构。由于凝胶的微观非均质性，凝胶一般呈白色和泥状。然而，将两种亚砜与水混合可以制备出均匀透明的凝胶。此外，氢键也可以在不同种类的聚合物之间形成交联。聚合物间配位形成交联的特点是:(1)结合具有选择性;(2)定向;(3)官能团组成大致为1:1;(4)可逆的。这些凝胶的制备相对简单，但必须选择合适的聚合物浓度、离子强度和pH值。

李雪莹、 程斌^[11]采用溴化异丁烯-对甲基苯乙烯共聚物的一步改性制备了聚异丁烯网络。实验表明3-氨基-5-乙酰胺-1,2,4-三氮唑在两相催化剂存在的条件下可以取代溴化异丁烯-对甲基苯乙烯共聚物(BIMS)中的 Br，取代产物可以形成氢键交联网络。