层层自组装法制备具有核壳微结构的交替双网络聚合物/粘土纳米复合水凝胶膜

水凝胶的结构是决定凝胶强度的关键因素，而凝胶强度则直接影响到水凝胶在生物医学领域中的应用。本项目拟通过层层自组装法构建一种具有核壳微结构的交替双网络聚合物/粘土纳米复合水凝胶膜，旨在大大提高凝胶的强度。层层自组装的膜组分之一为通过缩聚反应合成的具有核壳微结构的粘土基有机无机杂化网络，另一膜组分为通过缩合反应得到的聚合物有机网络，两种膜组分通过交替沉积自组装过程，利用网络三维结构和核壳微结构的空间效应调节交联度，最终形成高强度的水凝胶膜。通过考察交替网络结构、核壳微结构以及层间相互作用等因素对膜形成和膜强度的影响规律，总结出层层自组装法制备水凝胶膜的规律。不同于自由基聚合法合成的有机本体凝胶，本项目利用缩聚（缩合）反应和自组装作用得到的纳米复合水凝胶膜具有更规整和更精细结构，可以更好地分散应力，改善凝胶强度。本项目的实施为新型结构高强度水凝胶的设计提供了新的思路；丰富了层层自组装理论。

水凝胶的结构是决定凝胶强度的关键因素，而凝胶强度则直接影响到水凝胶在生物医学领域中的应用。本项目通过层层自组装法构建了具有核壳微结构的有机无机纳米复合水凝胶膜。设计合成了聚合物/粘土、聚合物/二氧化硅和二氧化硅/粘土三种不同的核壳结构复合物，与亲水性聚合物通过交替沉积法制备了层层自组装薄膜。通过FTIR,SEM,TEM,TG等手段验证了膜组成、核壳微结构以及无机物在膜中的含量及分散形式。考察了核壳结构复合物的种类和用量，亲水性聚合物的种类和用量，添加剂、沉积方法以及外界湿度等条件对膜增长规律及力学性能的影响。结果表明核壳微结构的引入使膜组分排列较为松散，膜增长较快，多呈指数型增长规律，20个双层即可达到微米级厚度。且由于两种刚柔性膜组分的交替沉积，成膜过程中透明度随奇偶层不同呈现交替变化规律。核壳纳米复合刚性结构在一定程度上改善了膜的强度，以单一无机物形成的复合物为膜组分之一的自组装膜强度约为20 Mpa，而以两种无机杂化复合物为膜组分之一的自组装膜强度可达100 Mpa。但由于刚性结构，导致膜韧性不足，其断裂伸长率为20%以下，而当选用与核壳结构复合物有较多物理相互作用位点的亲水性聚合物作为膜组分时，可显著改善膜的强度和韧性。为进一步提高膜的强度，利用活性组分室温下可与有机物和无机物的羟基进行快速反应的特性，将活性组分引入层层自组装膜中。由于膜组分间的化学键合，使膜的机械力学性能明显提高，膜断裂强度为未加入时的2倍以上。该类有机无机复合膜的力学性能受环境湿度影响较大，在不影响膜强度的情况下，可通过引入增塑组分进一步提高膜的韧性。本项目制备了高强度的有机无机纳米复合水凝胶膜，揭示了核壳微结构和层间作用力对膜的形成以及强度的影响关系。本项目的实施为新型结构高强度自组装膜的设计提供了新的思路。