新型低毒性水基PEGDMA/AM凝胶注模成型研究

作     者：邬海燕 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：肖建中

授予年度：2014年

学科分类：080706[工学-化工过程机械] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：凝胶注模成型 低毒性 PEGDMA 坯体强度 表面剥裂 

摘      要：凝胶注模成型（Gelcasting）被认为是一种自动化程度高、能成形复杂形状的近净尺寸、适用性强的陶瓷粉体成型工艺，然而传统丙烯酰胺凝胶体系具有神经毒性且空气中氧阻聚带来成型坯体表面剥裂问题限制了凝胶注模成型进一步工业应用。在保证坯体力学强度前提下开发新型低毒甚至无毒的凝胶体系具有重要意义。无毒的PEGDMA链两端为可聚合丙烯酸酯基、长链骨架为亲水性的醚氧基，凝胶反应可控、强度高，已被学者研究用于骨科材料。本文以PEGDMA为主粘结剂兼双官能团单体、AM为次单体及粘度调节剂，研究低毒性水基PEGDMA/AM体系凝胶注模成型3YSZ。 通过测反应温度随时间变化来研究预混液、浆料凝胶诱导期。结果表明，预混液诱导期随单体浓度、催化剂及引发剂浓度增加而缩短。调节催化剂及引发剂量，可控制浆料凝胶反应在3.8-32min。PEGDMA/AM反应可调，适宜凝胶注模成型工艺。 Zeta电位、粘度及抗弯强度等测试表明，1.35wt%浓度聚电解质型分散剂PAA-NH4有利于改善浆料流变性能，进而提高坯体、烧结样均匀性及抗弯强度;大分子型PEGDMA单体会影响颗粒表面双电层结构;随PEGDMA/AM含量增加，浆料流变性能降低，坯体抗弯强度先增加后降低。45vol%固含量浆料，3.5wt%以上PEG(400)DMA/AM坯体抗弯强度高于10MPa;44-46vol%固含量PEG(200)DMA/AM坯体抗弯强度在7.7-9.6MPa。力学性能测试及断面形貌观察表明，残余气孔是导致坯体及烧结样断裂主要原因。 SEM、IR及表面形貌观察表明，聚合物团聚缠结可能是导致PEGDMA/AM体系坯体剥裂的主要原因，提高单体含量及聚合温度，在加快聚合速率的同时减缓氧气向内部扩散速率，可以抑制空气中凝胶固化带来的表面剥裂现象。3.5wt%PEG(400)DMA/AM体系在70oC固化即能有效避免坯体表面剥裂问题。