纳米木质素/聚丙烯酰胺复合水凝胶的制备与表征
1、文献综述
1.水凝胶
1.1水凝胶定义
水凝胶通俗的来讲，是一种具有三维空间网状结构，以水为分散介质的高分子网络体系凝胶。在常温常压下，它是一种含有大量水的固状胶体，性质柔软，且能保持一定的形状且具有溶胀性能和一定的力学性能。在日常生活中，我们可以见到的豆腐、果冻或者是隐形眼镜、人造皮肤等都属于水凝胶。它们都有着相同的特点：具有一定的交联结构的固体，放于溶液中不溶解，具有一定的溶胀性能[3]。
也可以说是在具有网状交联结构的水溶性高分子中引入一部分疏水基团和亲水残基，其中亲水残基与水分子结合，将水分子连接在网状内部，而疏水基团则遇水膨胀的高聚物。其中在形成三维网状交联结构时，既可以是物理交联也可以是化学交联。物理作用包括氢键、静电作用、pi;-pi;堆叠或者链段相互贯穿、亲疏水、结晶等。化学作用包括共价键或动态共价键，如酰腙键、亚胺键等[2]。
1.2水凝胶分类
水凝胶的种类很多，它的分类方式也十分繁复。我们可以根据三维网络状结构的交联方式、应用状况、合成水凝胶的高分子材料来源、或者水凝胶的交联点分布、水凝胶尺寸等进行不同的分类。
- 根据交联结构不同交联方式可以分为：物理交联和化学交联。其中化学交联中通过单体聚合交联、接枝共聚和水溶性高分子交联这三种方法制备的凝胶具有很强的机械性能[6]，且其应用也比较广泛。
- 根据水凝胶对环境的响应可以分为：传统水凝胶和智能水凝胶。智能水凝胶在对环境的响应过程中它的溶胀行为会有明显的变化，例如温度、光、PH等的响应。
- 根据合成水凝胶的高分子材料的来源可以分为：天然高分子水凝胶和合成高分子水凝胶。天然水凝胶是指以天然存在于自然界中的高分子制备而成的水凝胶，优点在于透气性较好、且可以被生物降解。合成高分子水凝胶的种类则更多。
- 根据不同的增强水凝胶机械性能的方式可以分为：双网络水凝胶、拓扑结构水凝胶、纳米复合水凝胶等。
- 双网络水凝胶是由两种特性不同的聚合物形成的互穿网络，其中一种为交联密度高的聚电解质网络结构（如 1-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸(PAMPS)），另一种为低交联的中性网络结构（如聚丙烯酰胺(PAAM)）[7]。前者的高分子链很短，刚而脆，而后者的分子链很长，软而韧，通常将两者分别称为短链网络和长链网络[7]。这样的结构不仅保持了传统水凝胶良好的物理性质还增强了它其他的力学性能,使水凝胶在更大的领域得以应用。
- 拓扑结构水凝胶是一种特殊的交联点水凝胶。其交联中心呈8字形可滑动[1]。这种结构的交联中心是为了使凝胶网络均匀化，解决网络交联点不够灵活的问题。由此可以实现化学单网络水凝胶最佳的机械性能，从而研究制备高机械强度、高韧性、可回收性水凝胶。
- 纳米复合水凝胶是指把纳米材料作为分散相，通过搅拌或者超声的手段将其引入制备水凝胶的溶液中，再和聚合物长链发生一些氢键等作用力，吸附在长链上。再由于纳米粒子独特的尺寸效应、界面效应赋予水凝胶一些新的性质，增强其力学性能、热稳定性等[3]。主要由聚合物（有机部分）、粘土、天然矿物硅酸盐或其他纳米材料（无机部分）三部分组成[1]。而纳米复合水凝胶根据它的分散相又可以分为无机纳米复合水凝胶、碳纳米复合水凝胶以及有机纳米复合水凝胶等。
1.3水凝胶应用
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