0 引言

水凝膠是一種具有化學或物理交聯(lián)結構的親 水聚合 物，具 有 良 好 的 生 物 相 容 性及 低 摩 擦 性，作為軟 濕 材 料已廣 泛 應 用 于 高 吸 水 性 樹 脂、污 水 處 理、醫(yī) 學、農 業(yè)和 食 品 化 學等多種領域．然而傳統(tǒng)水凝膠力學性能較弱， 難以滿足力學性能要求較高的行業(yè)，因此開發(fā)具有 優(yōu)異力學性能的水凝膠具有一定的挑戰(zhàn)性．

１ 實驗部分

１．１ 藥品與儀器

丙 烯 酰 胺 （ＡＭ），Ｎ，Ｎ－亞 甲 基 雙 丙 烯 酰 胺 （ＭＢＡ），天津市科密歐化學試劑有限公司；２－丙烯 酰胺－２－甲基丙磺酸（ＡＭＰＳ），新泰儀器 有 限 公 司； 過硫酸鉀（ＫＰＳ），天津市天力化學試劑有限公司； 以上藥品均為分析純． 高低溫伺服拉力機，高鐵檢測儀器有 限 公 司； １０１型電熱鼓風干燥箱，上海科恒實業(yè)發(fā)展有限公 司；ＰＬ２０３ 電 子 天 平，梅 特 勒－托利多儀器公司； Ｖｅｒｔｅｘ７０紅外光譜儀，德國布魯克公司；環(huán)境掃描 電子顯微鏡，美國 ＦＥＩ公司．

１．２ 雙網絡水凝膠的制備

１．２．１ Ｐ（ＡＭＰＳ－ｃｏ－ＡＭ）第一網絡水凝膠的制備

將 １０ ｍｍｏｌ ＡＭＰＳ，０．４ ｍｍｏｌ ＭＢＡ，０．１ ｍｍｏｌＫＰＳ和０．３ ｍｍｏｌＡＭ 單體 溶 解 在１０ ｍＬ 純凈水中．溶解完全后在超聲儀中超聲１０ｍｉｎ，將 該溶液倒入模具密封，然后在電熱鼓風干燥箱中放 置３ｈ完成聚合得到第一網絡水凝膠．該水凝膠被 記為 Ｐ（ＡＭＰＳ－ｃｏ－ＡＭ－ｉ），ｉ為 ＡＭＰＳ與 ＡＭ 的摩 爾比．

１．２．２ Ｐ（ＡＭＰＳ－ｃｏ－ＡＭ）／ＰＡＭ 雙網絡水凝膠的制備

將０．３ ｍｏｌＡＭ，０．３ ｍｍｏｌ的 ＫＰＳ 和 ０．１２ ｍｍｏｌ的 ＭＢＡ 溶解在１５０ｍＬ純凈水中得到第二 網絡單體溶液，將得到的 Ｐ（ＡＭＰＳ－ｃｏ－ＡＭ）第一網 絡水凝膠浸泡在該單體溶液中充分溶脹，得 到 溶 脹平衡的第一網絡水凝膠在電熱鼓風干燥箱中 放 置 ３ｈ 得 到 Ｐ（ＡＭＰＳ－ｃｏ－ＡＭ）／ＰＡＭ ＤＮ 凝 膠．ＤＮ 凝膠 標 記 為 ｘ／ｙ，ｘ 代 表 第 一 網 絡，ｙ 代 表第 二 網 絡．

１．３ 溶脹性能測試

稱取相同質量的不同配比的干凝膠，分別置于 ４０ｍＬ蒸餾水中，每隔一段時間取出凝膠，用濾紙 拭去其表面的水分，稱其質量，按式（１）計算凝膠的 溶脹比： 　　　　　?。樱?＝（ｍｓ －ｍｄ）／ｍｄ （１） 式（１）中：ｍｓ 為溶脹狀態(tài)下凝膠的質量，ｍｄ 為干凝膠的質量． 按式（２）計算平衡溶脹比 　　　　　　ＳＲｅ ＝（ｍｅ －ｍｄ）／ｍｄ （２） 式（２）中：ｍｅ 為溶脹平衡狀態(tài)下凝膠的質量， ｍｄ 為干凝膠的質量．

１．４ 力學性能測試

壓縮應力－應變 曲 線 測 試 時，把 樣 品 做 成 高 為 １５ ｍｍ、直 徑 為 ２０ ｍｍ 的 圓 柱 形，壓 縮 速 率 為 ５ｍｍ／ｍｉｎ，讀取最大壓縮強度．循環(huán)壓縮時取形變 為５０％和８０％的壓 縮 強 度．能 力 耗 散 值 由 循 環(huán) 應 力－應變曲線閉合環(huán)的面積計算得到．

１．５ 結構表征

將溶 脹 平 衡 的 Ｐ（ＡＭＰＳ－ｃｏ－ＡＭ）／ＰＡＭ ＤＮ 凝膠經過冷凍 干 燥 后，采 用 ＫＢｒ壓片 測 定 其 紅 外 光譜（ＦＴ－ＩＲ）．將冷凍干燥后的 ＤＮ 凝膠粘在導電 膠上，噴金１ｍｉｎ后采用掃描電子顯微鏡（ＳＥＭ）對 其表面形貌進行表征．

２ 結果與討論

對 雙 網 絡 水 凝 膠 溶 脹 性 能的影響 第一網絡單體不同配比的 ＤＮ 凝膠 溶 脹 性 能 如圖１所示．在第一網絡反應 單體為 ＡＭＰＳ時，ＤＮ 凝膠的溶脹速率最快，這是 由于 ＰＡＭＰＳ中親水基團與水分子的水合作用，水 分子迅速向網絡內部擴散，同時聚合物鏈在水中迅 速膨脹，產生網絡內外濃度差，從而產生內外滲透 壓，而這又使水分子以滲透壓作用向網絡內部繼續(xù) 滲透，因此，表 現(xiàn) 為 吸 水 速 率 較 快．在第 一 網 絡 引入 ＡＭ 后，ＤＮ 凝膠 的 溶 脹 速 率 顯 著 下 降，隨 著 ＡＭ 比例增 加，溶 脹 速 率 逐 漸 減 小，當ｎ（ＡＭＰＳ） ∶ｎ（ＡＭ）＝２．１∶１時，溶脹 速 率 最 小，這 是 因 為ＡＭＰＳ具有較 強 的 滲 透 壓 導 致 高 的 吸 水 速 率，且 隨著 ＡＭ 的增 加，導 致 ＤＮ 凝膠 的 孔 間 隙 更 加 致 密從而降低了凝膠的吸水速率．

３ 結論

通過改變雙網絡水凝膠中第一網絡單體的配 比，獲得 了 高 壓 縮 強 度 的 Ｐ（ＡＭＰＳ－ｃｏ－ＡＭ－５．３）／ ＰＡＭ ＤＮ 凝膠，當第一網絡單體 ＡＭＰＳ與 ＡＭ 摩 爾比為５．３∶１時，壓縮 強 度 達 到３５．８ ＭＰａ，壓縮 模量為１．８ｋＰａ，耗散能為２４．６７×１０７Ｊ·ｍ－３．ＦＴ－ ＩＲ和ＳＥＭ 結果表明兩個網絡之間產生氫鍵作用， ＡＭ 的加入促進了雙網絡水凝膠交聯(lián)網 絡 孔 徑 變小，從而有利于提高 ＤＮ 凝膠的力學性能．