SiO2粒子增韧PVA基水凝胶的研究

作     者：罗小中 

作者单位：北京化工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：朱晓群

授予年度：2018年

学科分类：081704[工学-应用化学] 07[理学] 070304[理学-物理化学(含∶化学物理)] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0703[理学-化学] 

主      题：冻融技术 低溶胀度 二氧化硅粒子 韧性水凝胶 溶胶-凝胶反应 

摘      要：水凝胶由于高含水量、高韧性、优异的机械性能已经被用来作为关节软骨的替代材料。软骨和骨软骨会因为受伤或者其它原因导致骨关节炎,骨关节炎如果不及时治疗又会导致整个关节的损坏。鉴于关节软骨的自修复能力有限,软骨替代这一办法已经成为治疗软骨受伤最受欢迎的方法之一。PVA水凝胶由于兼有极好的生物相容性、柔韧性、低摩擦系数和超亲水性已经被当成理想的软骨替代材料。而且,PVA水凝胶里面的多孔结构和关节软骨很相似。然而,PVA水凝胶的力学性能并不能满足其作为生物承重材料。因此,我们迫切需要提高PVA水凝胶的力学性能。本论文以SiO2粒子和PVA复合为主要研究思路,用两种方法制备SiO2/PVA复合水凝胶。(1)利用溶胶-凝胶方法原位生成不同粒径的SiO2粒子增韧PVA水凝胶。(2)通过溶胶-凝胶方法,制备不同粒径的乙烯基二氧化硅粒子,通过对互穿网络水凝胶加入纳米填充材料,实现对PVA基水凝胶机械性能不同程度的增强。主要工作内容如下:1:通过溶胶-凝胶法由甲基三甲氧基硅烷原位生成不同粒径的SiO2粒子,结合冻融技术成功制备了综合性能优异的SiO2/PVA韧性复合水凝胶。通过IR、ATR-IR和SEM,分析了水凝胶的内部结构和交联机理。由于MTMS与水任意比例互溶,通过调节MTMS在水凝胶中的含量,可以改变水凝胶的力学性能,从而制备具有不同强度的SiO2/PVA复合水凝胶。通过对SiO2/PVA复合水凝胶的性能分析,相比于纯PVA水凝胶,机械性能大大提升,水凝胶的拉伸强度达到1.2MPa,压缩强度达到38.2MPa。得到的水凝胶还具有低溶胀性,能够满足在生理环境中的应用要求。2:运用溶胶-凝胶的方法,制备了不同粒径的乙烯基二氧化硅粒子。结合自由基聚合和冻融技术,制备了 PVA/AAm/乙烯基SiO2粒子复合水凝胶。通过TEM,IR表征,证明了合成的乙烯基二氧化硅粒子是单分散的,并且表面有大量双键。通过力学性能分析,证明了水凝胶具有良好的机械性能,拉伸和压缩性能都能达到MPa级别,并可通过控制添加乙烯基二氧化硅粒子的粒径和浓度,可以改善和控制水凝胶的力学性能,如:拉伸模量、拉伸强度、断裂伸长率等。