功能性聚氨酯水凝胶的制备及性能研究

来源 :河北工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hanyikuaile1112
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水凝胶是一种含有亲水基团的三维网状柔软聚合物,其中,因聚氨酯(PU)水凝胶拥有良好的生物相容性、可功能化等特点在生物、农业等方面有广泛的应用。但是目前报道的多数聚氨酯水凝胶在力学性能较差的同时还缺乏一定的导电和自愈合性,限制了其在电子皮肤、生物传感器等方面的应用。本文主要以制备力学性能良好的导电自愈合聚氨酯水凝胶为目标,开展了以下两个方面的研究:(1)采用预聚体和原位聚合法,制备了具有导电自愈合性的多功能聚氨酯水凝胶(PUASPy),探究了通过调节吡咯(Py)单体的浓度对水凝胶性能的影响。首先,将含有二硫键的扩链剂4,4’-二氨基二苯二硫(APDS)加入到聚氨酯分子链中,赋予其一定的自愈合性;然后,将导电高分子聚吡咯(PPy)原位聚合加入到自愈合聚氨酯水凝胶中,得到具有导电自愈合性能的聚氨酯水凝胶。通过红外光谱仪(FTIR)、拉曼光谱仪、扫描电子显微镜(SEM)、微机控制电子万能试验机等仪器进行表征,分析了PUASPy水凝胶的化学结构、表面形貌、力学等性能。研究结果表明:当吡咯(Py)单体的浓度为0.2 mol/L时,可得到综合性能良好的水凝胶:最大拉伸强度1.2 MPa、断裂伸长率554%、电导率0.055 S/m、自愈合效率53%、在拉伸应变300%的情况下经过10 min可完全恢复,并且能够对手指弯曲进行监测和响应。(2)为了进一步提高聚氨酯水凝胶的导电性能,通过调整软段分子量结合冷冻干燥法制备了多孔导电聚氨酯水凝胶(PCPU),探究了通过调节交联剂三羟甲基丙烷(TMP)含量得到的不同孔径对其综合性能的影响。首先,用预聚体法合成了不同交联剂的聚氨酯水凝胶。然后将溶胀充分的水凝胶冷冻干燥,通过原位聚合将导电聚合物PPy加入不同交联剂的聚氨酯水凝胶中,得到多孔、导电的复合聚氨酯水凝胶。通过FTIR、SEM以及微机控制电子万能试验机等进行表征和分析PCPU的化学结构、表面形貌、力学及导电性等性能。研究结果表明:当TMP含量为6.8 wt%时,水凝胶综合性能良好:最大拉伸强度为0.68 MPa、断裂伸长率为673%、电导率为0.44 S/m。同时能够监测手指弯曲运动,具有应用于传感器的潜力。
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