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PVA/PAA水凝胶是一类非常具有代表性响应性高分子凝胶材料,在化学促动器、人工肌肉、药物传递与释放、膜分离、化学阀等诸多领域具有广阔的应用前景。目前,其制备方法基本采用成膜或在模具中成型,考虑到PVA优异的溶液可纺性以及与PAA良好的相容性,我们提出纺制PVA/PAA凝胶纤维,并对其在电解质溶液的刺激响应行为进行系统的研究,主要内容包括: 1 制备了三种不同网络形式的PVA/PAA凝胶纤维 首次采用溶液湿法纺丝、交联技术制备了三种网络形式的PVA/PAA凝胶纤维:即溶液湿法纺丝、热处理交联技术制备了空间交联结构的热诱导凝胶纤维;溶液湿纺、交联技术制备了PVA为戊二醛化学交联的半互穿网络(SIPN)型凝胶纤维;采用湿纺交联、互穿网络技术制备了PVA为戊二醛交联、PAA为N,N/-亚甲基双丙烯酰胺交联的互穿网络(IPN)型凝胶纤维。 2 研究了热诱导PVA/PAA水凝胶纤维的pH刺激响行为 首次提出了PVA/PAA凝胶纤维在环境溶液pH往复改变时的溶胀/收缩滞后现象并探讨了滞后环形成机理。研究了溶液pH变化时,凝胶网络中PAA含量、网络交联密度对凝胶纤维的溶胀及溶胀突变行为的影响。采用TEM和SEM对热诱导凝胶纤维的形态结构进行了研究,发现凝胶体系中存在相分离现象,在丝条凝固浴定型过程中,存在PAA向凝固浴中的迁移现象。PVA/PAA体系的相分离对凝胶纤维的溶胀突变具有重要的影响。 3 研究了热诱导PVA/PAA水凝胶纤维的非接触电刺激弯曲行为 首次研究了热诱导PVA/PAA凝胶纤维在电解质溶液中、非接触直流电场下的弯曲行为及凝胶结构参数、环境溶液性质对其弯曲行为的影响。实验表明:增加凝胶网络中PAA含量、提高施加电场强度、减小纤维直径能够提高凝胶纤维的弯曲变形程度和变形速度;网络交联密度、溶液pH和离子强度与纤维的电刺东华大学博士学位论文激响应曲线上都出现了响应程度和响应速度峰值,对此,通过凝胶网络中大分子链刚性、固定电荷密度、及不同环境中凝胶内外溶胀渗透压的变化进行了解释。4研究了热诱导PV人TAA凝胶纤维在金属离子溶液中的溶胀/解溶胀行为 凝胶纤维的溶胀/解溶胀行为依赖于自身结构、化学组成以及环境溶液的性质,实验表明:凝胶网络中队A含量增加,纤维的溶胀度显著增加:在氯化物盐溶液中,凝胶纤维的溶胀度随溶液离子强度的增加而下降;在高价金属离子溶液中,凝胶纤维的溶胀度下降程度尤为显著。凝胶纤维的溶胀度次序和阳离子的水和半径以及聚梭酸根基团与阳离子之间的配合能力有关。首次提出单价、双价、三价金属离子与凝胶网络中聚阴离子的结合结构,即单价线形结构(Line卜linkageStrueture)、双价面型结构(plate一erosslinking strueture)、三价体型结构模型 (Stereo一erosslinking Strueture)。S研究了SIPN型PV人/F人A凝胶纤维的非接触电刺激弯曲行为 首次研究了凝胶纤维结构参数及环境溶液性质对SIPN型PM叼RAA水凝胶纤维电刺激弯曲行为的影响,包括纤维直径、网络交联密度、凝胶网络中PAA含量、电场强度、环境溶液的pH及离子强度。实验表明,在保持适当的机械性能的同时,可以通过调整上述特性参数来控制凝胶纤维的弯曲程度与弯曲速度。对上述现象,通过凝胶网络中大分子链刚性、固定电荷密度、及不同环境中凝胶内外溶胀渗透压的变化进行了解释。6探讨了IPN型P从叼pAA凝胶纤维的溶液pH刺激响应行为 首次研究了IPN型PM叼pAA凝胶纤维的溶液pH刺激响应行为。IPN纤维的溶胀/解溶胀行为取决于凝胶网络中固定电荷间静电斥力、自由离子的渗透压以及阳离子对固定电荷的屏蔽效应。和热诱导PVA/P AA凝胶纤维相比,由于IPN型Pv入/pAA混合体系相容性更好,其刺激响应突变点向低pH值移动,凝胶网络中队A含量增加,纤维溶胀伸长率增加,溶胀突变点向低pH值移动,提高IPN任一网络的交联密度,均导致IPN凝胶溶胀程度降低。PVA网络的结构参数包括交联密度及形态结构对IPN的溶胀突变点的位置具有明显的影响,而N,N/-亚甲基双丙烯酞胺用量对此没有影响。