高透氧聚合物水凝胶的制备及其性能研究

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硅水凝胶具有优良的透光性、透氧率及生物相容性,在生物医学领域具有广泛的应用前景。目前硅水凝胶的主要研究方向仍是透氧性能的提升,硅水凝胶的亲水改性也逐渐成为了研究热点。本论文以聚二甲基硅氧烷(PDMS)和聚乙二醇(PEG)嵌段共聚物PEG-PDMS-PEG为原料,合成了烯丙基双封端的含硅大分子单体,然后将其与亲水单体混合,通过光引发聚合制备了一系列不同含硅量的聚合物硅水凝胶材料。首先,在本课题组前期研究的基础上,合成了含硅大分子单体。利用红外光谱仪监测反应进程,利用核磁和凝胶渗透色谱表征产物结构,确定了含硅大分子单体的合成工艺参数,同时研究了后处理过程中旋蒸温度和时间对产物性质的影响,结果表明产物具有良好的稳定性,可长期保存。其次,以合成的含硅大分子单体为主要含硅组分,与亲水性单体共聚制备硅水凝胶材料,研究了该单体组分对材料综合性能的影响。结果表明,随着含硅单体组分数增加,硅水凝胶的透氧性能迅速上升,亲水性降低,透光性先升高后降低,材料的热稳定性增加,含水率呈下降趋势,模量逐渐下降,断裂伸长率增加。硅水凝胶的溶胀性能变化不大,脱水行为均符合蒸发-扩散理论模型,材料表面从网状结构先变平滑,之后又出现褶皱。最后,利用五种不同的处理方式对硅水凝胶材料进行了亲水改性,研究了这几种改性方法对其表面亲水性能的影响。结果表明:(1)利用硅表面活性剂处理液改性能够有效降低材料的接触角至28.12°,但会引起材料溶胀不均及机械性能下降;(2)利用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和硅表面活性剂复合处理液改性,在PVP浓度低时材料接触角降低至20°左右;(3)在共聚前向混合液中添加PVP作内润湿剂,材料的亲水性未被改善,透光性降低;(4)以过硫酸铵(APS)为引发剂,利用PVP处理液对材料进行表面改性,形成交联聚乙烯吡咯烷酮(PVPP),材料表面接触角能够达到50°,机械性能良好;(5)以APS为引发剂,利用PVP与硅表面活性剂复合处理液改性,能够保持硅水凝胶材料的高含水率与良好的机械性能,同时使材料接触角降低至35°。本论文确定了含硅大分子单体的合成工艺,研究了含硅单体组分对硅水凝胶性能的影响,并通过表面处理方法的研究有效地改善了硅水凝胶的亲水性,这些研究结果可以为制备高透氧的亲水性聚合物水凝胶提供一定的实验经验和理论指导。
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