壳聚糖/氧化石黑烯/聚乙烯醇三元复合水凝胶的制备及性能研究

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纯聚乙烯醇(PVA)水凝胶因力学性能差、响应单一等缺点使其应用范围受到了限制。为此,本文将氧化石墨烯(GO)作为纳米填料引入纯PVA水凝胶基体中,以提高纯PVA水凝胶的力学性能。然后,在此基础上将壳聚糖(CS)添加到GO/PVA复合水凝胶的基体中,提高复合水凝胶的pH敏感性,并成功制备了具有两性pH敏感型的三元复合水凝胶。具体研究内容如下:  通过物理交联循环冷冻-解冻法,制备了GO/PVA复合水凝胶。XRD结果表明GO溶液与PVA溶液搅拌混合后,使GO均匀分散在PVA基体中。SEM结果表明GO与PVA分子可以形成网络结构,随着GO含量增大,网络结构的孔径也逐渐增大。压缩性能测试表明GO的引入可以明显提高复合水凝胶的抗压性能。当GO含量为1wt%时,GO/PVA复合水凝胶的压缩强度为0.72MPa,与纯PVA水凝胶(0.22MPa)相比,增加了227%。同时,少量GO的添加,使复合水凝胶具有一定的pH敏感性;尤其是在碱性溶液中,复合水凝胶的平衡溶胀率提高较为明显。  为了提高pH敏感性,在GO/PVA复合水凝胶的基础上釆用溶液混合及冷冻-解冻法制备了CS/GO/PVA三元复合水凝胶。将制备好的CS溶液、GO溶液、PVA溶液进行搅拌混合,获得均匀的混合溶液;然后通过物理交联循环冷冻-解冻法,制备了CS/GO/PVA三元复合水凝胶。XRD和SEM结果表明CS均匀分散在GO/PVA基体中,三者通过氢键作用形成双网络结构。TGA曲线说明CS的引入可以提高复合水凝胶的热分解温度,增强其热稳定性。当CS含量为0.5wt%时,CS/GO/PVA三元复合水凝胶的分解温度达到350℃,与GO/PVA复合水凝胶相比提高了90℃。力学性能测试表明,CS可以进一步提高复合水凝胶的力学性能。当CS含量为1.5wt%时,CS/GO/PVA三元复合水凝胶的抗压强度达到最大,压缩强度为0.88MPa。与GO/PVA复合水凝胶相比,三元复合水凝胶提高了330%。与此同时,CS的引入使CS/GO/PVA三元复合水凝胶成为具有两性pH敏感型的水凝胶,即阴离子型和阳离子型;使复合水凝胶在外界环境pH发生变化时可以更好的作出响应。
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