【摘 要】
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以海藻酸钠（SA）为基体的水凝胶和气凝胶因其温和的交联环境、绿色易得的原料来源而广泛应用于多个领域。将含有Ca元素且有特殊作用的SiO2,即生物活性玻璃（BG）与SA混合,以一种新型、简易的原位释放法制备均匀交联的SA基复合水凝胶。之后将这种新型水凝胶经过冷冻干燥得到力学性能增强的气凝胶,最后气凝胶经CVD法疏水改性后用于浮油吸收。首先,通过原位快速纳米反应法（RFNP）批量制备具有高Ca含量的B
【基金项目】
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江苏省自然科学基金（编号:BK20131226）；
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以海藻酸钠（SA）为基体的水凝胶和气凝胶因其温和的交联环境、绿色易得的原料来源而广泛应用于多个领域。将含有Ca元素且有特殊作用的SiO2,即生物活性玻璃（BG）与SA混合,以一种新型、简易的原位释放法制备均匀交联的SA基复合水凝胶。之后将这种新型水凝胶经过冷冻干燥得到力学性能增强的气凝胶,最后气凝胶经CVD法疏水改性后用于浮油吸收。首先,通过原位快速纳米反应法（RFNP）批量制备具有高Ca含量的BG颗粒（RFNP-BG颗粒）;RFNP-BG颗粒与SA溶液在高速搅拌下混合浇铸后形成水凝胶SA-BG。研究发现KH-560和MTMS可以促进SA-BG的交联过程,仅0.1 mL的添加量即可将凝胶时间从240 min分别缩减到26 min和98 min,得到两种短交联时间的水凝胶SA-BG-AH和SA-BG-MH。对三种水凝胶的力学性能、吸水能力、SEM形貌进行了表征;结果表明,对比SA-BG,SA-BG-AH和SA-BG-MH的抗外力变形能力提高,吸水能力降低,凝胶网络孔洞减小。研究了 SA-BG的凝胶机理;交联机理实验表明,SA与Ca2+的交联作用会使SA/RFNP-BG颗粒混合体系中游离Ca2+浓度下降进而使颗粒不断释放Ca2+直至整个体系凝胶化。研究了 KH-560和MTMS促进SA-BG凝胶化的机理;结果表明,KH-560和MTMS可分离RFNP-BG颗粒团聚体,颗粒接触处的SiO2网络被破坏,修饰于其中的Ca2+大量释放,凝胶化过程加快。之后,以SA-BG为前驱体,通过冷冻干燥制备了易保存具有多孔网络的气凝胶SA-BG-A。接触角和TGA测试表明,随着RFNP-BG颗粒的加入,气凝胶的亲水性下降而耐热性提高;压缩测试结果表明,RFNP-BG颗粒地加入极大地提高了 SA-BG-A的力学性能,未添加颗粒的SA-0BG-A的弹性模量仅为0.026 MPa,颗粒添加量为35 wt%的气凝胶SA-35BG-A为0.571 MPa。生物相容性和成骨性能实验表明,因高Ca含量,SA-BG-A抑制细胞生长,促进成骨基因的表达。RFNP-BG释放Ca2+用于SA的交联,已失去了体外生物活性。SA-BG-A不适用于生物体内,但在土壤、水体等方面有一定的应用前景。最后,拓展SA-BG-A气凝胶的应用,将SA-BG-AH和SA-BG-MH两种水凝胶冷冻干燥为气凝胶,再用CVD法以MTMS为改性剂对气凝胶进行疏水改性,得到疏水SA-BG-A气凝胶,并用于浮油吸收。通过SEM、EDS等表征了气凝胶内适于吸油的粗糙孔壁与多孔结构,压缩循环测试结果表明,疏水SA-BG-A气凝胶经过连续10次60%应变的压缩循环之后仍能回弹原本高度,具有良好的压缩回弹性能。对多种油的吸油测试以及多次循环吸油测试表征疏水SA-BG-A气凝胶的吸油性能。KH-560添加量为0.2 mL的A-0.2M对不同油的吸收率为7-11,5次吸油循环后的吸收率为78%。MTMS添加量为0.1 mL的M-0.1M对不同油的吸收率为9-14,5次吸油循环后的吸收率为95%。制备得到两种良好回弹性能、可循环吸油的绿色可降解气凝胶。
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