水凝胶毕业论文

南京邮电大学毕业设计（论文）题目多功能自愈合水凝胶的制备及性质研究专业高分子材料与工程学生姓名蔡奇男班级学号B11060132指导教师杨文静指导单位材料科学与工程学院日期：2015年3月12日至2015年6月1日毕业设计（论文）原创性声明本人郑重声明：所提交的毕业设计（论文），是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本研究做出过重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明并表示了谢意。论文作者签名：蔡奇男日期：2015年6月10日摘要自愈合材料是受生物体系自我修复的启发而发展的一个新兴的研究领域，具有自我修复损伤的特点，能够增加使用材料的安全性，延长材料寿命，是一种具有损伤管理性能的智能新材料。基于动态化学的自愈性水凝胶是近来备受关注的一种自愈性材料，由具有动态特性的交联网络构建形成。交联作用通常为动态化学键，即非共价键，如弱相互作用的氢键、分子间作用力(范德华力)、配位作用、亲疏水作用等，或可逆共价键，如温和条件下可逆的亚胺键、双硫键、酰腙键等。本论文采用多巴胺-三价铁离子的金属配位作用，制备了具有pH响应的自愈合抗菌性高分子材料，具体内容为：采用功能性单体聚乙二醇甲基丙烯酸酯（PEGMA）和多巴胺甲基丙烯酰胺单体（DMA），通过自由基聚合反应，合成自愈合抗菌高分子材料；利用多巴胺甲基丙烯酰胺中儿茶酚基团与金属铁离子（Fe3+）的可调控配位作用，制备P(DMA-co-PEGMA)—Fe3+水凝胶，该水凝胶具有pH敏感性，在酸性条件下呈现溶液状态，在中性或者碱性条件下形成凝胶，并且具有优异的自愈合性能。这种自愈合抗菌高分子材料可实现高分子材料抗菌性功能，同时具有本征型微损伤自修复能力，从而有效提高材料的稳定性，促进生物材料的安全长效应用。关键词：聚合物；自愈合；金属配位作用；pH响应；AbstractSelf-healingpolymermaterials，inspiredoftheself-healingbiologicalsystemsanddevelopment，havebeenanhotemergingfieldofresearch，Theyexhibitself-repairpropertiesfromthedamagesandcracks，thereforetheycanincreasethesafetyofthematerialsandextendthelifeofthematerials.Self-healinghydrogels，constructedbydynamicbondingchemistry，havebeenofgreatinterestrecently.Thedynamicbondingsystemsareclassifiedastwocategories.Thefirstcategoryismainlybasedonnon-covalentinteractions，suchashydrogenbondingvanderWaalsforces，coordinationinteraction，hydrophilicorhydrophobicinteractions.Theothercategoryisreversiblecovalentbonds，includingreversiblebondsundermildconditions，suchasiminebond，disulfidebond，hydrazonebond.Inthisthesis，theself-healingandantibacterialhydrogelwasdevelopedbasedonthecoordinationinteractionbetweendopamineandferricion(Fe3+).ThepolymerP(DMA-co-PEGMA)wasfirstpreparedbyradicalpolymerizationoffunctionalmonomerpolyethyleneglycolmethacrylate(PEGMA)anddopaminemethacrylamidemonomers(DMA).Theself-healinghydrogelwerethensynthesizedbythecoordinationofFe3+withthecatecholgroupsinpolymerP(DMA-co-PEGMA).Theas-preparedhydrogelshowspH-responsiveproperties.UnderlowpH，thehydrogelcouldnotformedandshowedaspolymersolutionduetoacidicenvironment;withpHincrease，thepolymersolutiontransformedintohydrogelatneutraloralkalineconditions.Moreover，thehydrogelexhibitexcellentself-healingpropertiesinashorttimeatroomtemperature.Thisself-healinghydrogelisalsoexpectedtoshowantibacterialabilityduetothegoodantifoulingproperitesofPEGMA.Introductionofself-healingcapabilityenhancesthestabilityofthepolymermaterials,whichhavegreatpotentialtopromotethelong-termapplicationofbiomaterials.Keywords:Polymer;Self-healing;Metalcoordinationinteraction;pHresponse;南京邮电大学毕业设计（2015届）本科毕业设计（论文）目录第一章绪论......................................................11.1自愈合聚合物的自愈合机理.....................................11.1.1分子互扩散导致的自愈合.................................11.1.2由光引发的自愈合.......................................21.1.3通过形成可逆键的自愈合.................................21.1.4活性聚合导致的自愈合...................................41.1.5纳米粒子自愈合.........................................51.1.6金属基自愈复合材料.....................................51.1.7混合磨损自愈材料.......................................51.2基于动态化学的自愈性水凝胶...................................61.2.1多重氢键作用...........................................61.2.2金属配位相互作用.......................................71.2.3亲疏水相互作用.........................................81.2.4酰腙键.................................................91.2.5亚胺键................................................111.3本文的设计思路..............................................13第二章实验步骤................................................142.1实验仪器与药品..............................................142.1.1实验仪器..............................................142.1.2实验药品..............................................142.2N-（3,4-二羟基苯基乙基）甲基丙烯酰胺（DMA）的合成...........142.3聚合物的合成................................................152.3.1P(DMA-co-PEGMA)合成DMA:PEGMA=1:8......................152.3.2P(DMA-co-PEGMA)合成DMA:PEGMA=2:8......................152.4水凝胶的合成................................................152.5结构表征测试................................................16南京邮电大学毕业设计（2015届）本科毕业设计（论文）2.5.1DMA的表征测试.........................................162.5.2P(DMA-co-PEGMA)的表征测试..............................162.6水凝胶对pH值响应测试.......................................162.7水凝胶的自愈合性能的测试....................................16第三章实验结果与讨论.........................................173.1DMA的表征图谱..............................................173.2P（DMA-co-PEGMA）的表征图谱.................................183.3水凝胶对pH值响应分析数据...................................203.4水凝胶的合成及其自愈合性能测试数............................203.4.1P（DMA-co-HEAA）水凝胶的合成...........................203.4.2自愈合测试............................................243.5对比试验....................................................25结论..............................................................26结束语............................................................27致谢..............................................................28参考文献.........................................................29南京邮电大学毕业设计（2015届）本科毕业设计（论文）1第一章绪论1.1自愈合聚合物的自愈合机理