Fe3O4/聚乙烯醇（PVA）磁性水凝胶的制备及性能研究

论文摘要

聚乙烯醇（PVA）水凝胶是一种具有良好生物相容性和较高力学性能的复合材料,可以用作理想的人工软骨植入材料。本论文以聚乙烯醇（PVA）,聚乙烯吡咯烷酮（PVP）为基质,不同粒度的四氧化三铁为磁性提高体,采用冷冻-熔融法制备了微米Fe3O4/PVA、纳米Fe3O4/PVA、微米Fe3O4/PVP/PVA磁性水凝胶。通过对各个不同组合系列的磁性水凝胶性能的研究,获得了具有良好溶胀性能和磁性能及力学性能的磁性水凝胶。对各组合系列进行分号:微米Fe3O4/PVA磁性水凝胶为系列①,纳米Fe3O4/PVA磁性水凝胶为系列②,微米Fe3O4/PVP/PVA磁性水凝胶为系列③。使用电子天平、XRD、TG、SEM、拉伸试验机、磁电动机、物性测试系统等测试手段对磁性水凝胶的溶胀率、再溶胀动力学、力学性能、热稳定性能及磁性能等进行表征。对该三组样品性能进行对比分析结果如下:1.XRD分析结果显示,随着冻融次数的增加,三组系列的磁性水凝胶的峰强度都逐渐加强,交联密度逐渐加大。SEM测试结果表明,PVA能将四氧化三铁颗粒与颗粒之间很好的交联在一起,这也是磁性水凝胶同时具有力学性能和磁性能的基本保障。2.在冻融条件下,高分子交联网络结构交联点的形成对溶胀率有较大影响,交联结构的不断破坏和形成,使交联密度提高而最终导致磁性水凝胶的溶胀率随冻融次数的增加而降低。按不同组分配比的系列①磁性水凝胶的溶胀率在2～7.5左右,系列②磁性水凝胶的溶胀率在3.5～10左右,整体溶胀率都有增加,系列③磁性水凝胶加入不同量PVP后,溶胀率在3～11左右,与纳米的溶胀率相差不大,即①＜②≈③。再溶胀率都随磁性颗粒含量增加而下降,平衡稳定后,系列①的样品再溶胀率由5～0.6左右;系列②整体低于1;系列③在1.8～0.7左右。3.随着Fe3O4磁性颗粒含量的增加,PVA与四氧化三铁之间键的结合力逐渐加强,力学性能加强;而随着冻融次数的增加,磁性水凝胶的交联密度逐步提高,此项性能的提高又进一步促进了力学性能的增强,整体①＞③＞②。4.磁性颗粒的加入降低了磁性水凝胶的热稳定性能,而加入纳米磁性颗粒后的磁性水凝胶的热稳定性比其它两个系列样品的热稳定性都要差。5.系列①各组分的磁性水凝胶的饱和磁场强度和剩余磁化强度都随Fe3O4磁性颗粒、冻融次数的增加表现出增强的趋势;系列②个组分的饱和磁场强度随磁性颗的增加表现出增强的趋势,但随冻融次数的增加剩磁变化不明显且剩磁较少,表现出接近超顺磁性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 水凝胶
• 1.1.1 水凝胶的概述
• 1.1.2 水凝胶的分类
• 1.2 PVA水凝胶
• 1.2.1 PVA水凝胶简介
• 1.2.2 PVA水凝胶的成型方法
• 1.2.3 PVA水凝胶的应用
• 1.2.4 PVA水凝胶性能研究
• 1.2.5 PVA水凝胶的研究热点
• 1.3 磁性材料的研究
• 1.3.1 四氧化三铁简介
• 1.3.2 四氧化三铁的制备方法
• 1.4 聚乙烯吡咯烷酮（PVP）水凝胶简介及主要应用
• 1.4.1 医药释放控制材料
• 1.4.2 烧伤涂敷凝胶材料
• 1.4.3 角膜接触镜材料
• 1.5 课题提出及本文研究内容
• 3O₄/PVA磁性水凝胶的制备及性能研究'>第2章 微米Fe₃O₄/PVA磁性水凝胶的制备及性能研究
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 主要原料与仪器
• 3O₄/PVA磁性水凝胶的制备'>2.1.2 Fe₃O₄/PVA磁性水凝胶的制备
• 2.1.3 测试与表征
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 X射线衍射测试
• 3O₄/PVA磁性水凝胶的形貌结构'>2.2.2 Fe₃O₄/PVA磁性水凝胶的形貌结构
• 3O₄/PVA磁性水凝胶的溶胀性能'>2.2.3 Fe₃O₄/PVA磁性水凝胶的溶胀性能
• 3O₄/PVA磁性水凝胶再溶胀动力学'>2.2.4 Fe₃O₄/PVA磁性水凝胶再溶胀动力学
• 2.2.5 磁性颗粒对磁性水凝胶的影响
• 3O₄/PVA磁性水凝胶的力学性能'>2.2.6 Fe₃O₄/PVA磁性水凝胶的力学性能
• 2.2.6.1 磁性水凝胶的磁拉伸力学性能
• 2.2.6.2 万能试验机测试力学性能
• 2.2.7 热性能分析
• 3O₄/PVA磁性水凝胶磁学性能分析'>2.2.8 Fe₃O₄/PVA磁性水凝胶磁学性能分析
• 2.3 小结
• 3O₄/聚乙烯醇（PVA）磁性水凝胶的制备及其性能研究'>第3章 纳米Fe₃O₄/聚乙烯醇（PVA）磁性水凝胶的制备及其性能研究
• 第一节 液相共沉淀法制备四氧化三铁纳米粉
• 3.1 原料与仪器
• 3.2 实验部分
• 3O₄的制备'>3.2.1 纳米Fe₃O₄的制备
• 3O₄的制备'>3.2.2 表面活性剂PEG包覆纳米Fe₃O₄的制备
• 3O₄的表征'>3.2.3 纳米Fe₃O₄的表征
• 3.3 结果分析
• 3O₄纳米粉的X-Ray谱图'>3.3.1 Fe₃O₄纳米粉的X-Ray谱图
• 3O₄的高分辨透射电镜谱图'>3.3.2 纳米Fe₃O₄的高分辨透射电镜谱图
• 3O₄的X-ray图谱'>3.3.3 PEG-6000包覆纳米Fe₃O₄的X-ray图谱
• 3O₄的红外测试'>3.3.4 表面活性剂PEG包覆纳米Fe₃O₄的红外测试
• 3O₄粒子的磁性能'>3.3.5 纳米Fe₃O₄粒子的磁性能
• 3O₄/聚乙烯醇（PVA）磁性水凝胶的制备及表征'>第二节 纳米Fe₃O₄/聚乙烯醇（PVA）磁性水凝胶的制备及表征
• 3.4 实验部分
• 3.4.1 主要原料与仪器
• 3O₄/PVA磁性水凝胶的制备'>3.4.2 纳米Fe₃O₄/PVA磁性水凝胶的制备
• 3.4.3 测试和表征
• 3.5 结果与讨论
• 3.5.1 X射线衍射测试
• 3.5.2 溶胀性能
• 3.5.3 磁性水凝胶再溶胀动力学
• 3.5.4 万能试验机测试力学性能
• 3.5.5 热性能分析
• 3.5.6 磁性能分析
• 3.6 小结
• 3O₄/PVP/PVA磁性水凝胶的制备及性能研究'>第4章 微米Fe₃O₄/PVP/PVA磁性水凝胶的制备及性能研究
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 主要原料与仪器
• 3O₄/PVP/PVA磁性水凝胶的制备'>4.1.2 微米Fe₃O₄/PVP/PVA磁性水凝胶的制备
• 4.1.3 测试和表征
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 X射线衍射测试
• 4.2.2 溶胀性能
• 4.2.3 磁性水凝胶再溶胀动力学
• 4.2.4 万能试验机测试力学性能
• 4.2.5 热性能分析
• 4.3 小结
• 全文总结
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果