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海藻酸钠疏水改性水凝胶的制备及性能研究
摘要：
本文通过海藻酸钠疏水改性的方法制备了一种水凝胶，并对其性能进行了研究。结果表明，经过疏水改性后的海藻酸钠水凝胶具有优良的力学性能、热稳定性和水溶性能，可作为一种新型的高分子材料在生物医学、环境保护等领域得到应用。
关键词：海藻酸钠，水凝胶，疏水改性，力学性能，热稳定性，水溶性能
1.引言
水凝胶是一类具有3D网状结构的高分子材料，具有优良的水溶性、水吸附性和水保持性等特点，在生物医学、环境保护等领域有着广泛的应用。其中，海藻酸钠水凝胶是一种常见的材料，其主要来源于海草、海藻等海洋生物。然而，由于其水溶性较好，导致在湿润环境下易发生分解和失效。因此，对海藻酸钠进行疏水改性是一种有效的解决方法。目前，疏水改性的方法主要包括物理方法和化学方法两种，其中，化学方法在改性效果和可控性方面优于物理方法。
本文主要研究海藻酸钠疏水改性的方法及其对材料性能的影响，以期为该材料在生物医学、环境保护等领域的应用提供参考依据。
2.实验
2.1材料与设备
海藻酸钠（SA）（阿拉斯加海洋生物公司）；丙烯酸（AA）（Sigma-Aldrich）；十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）（TCI）；氧化二乙基（EDO）（Sigma-Aldrich）；鲍尔瓦昂-蓝（APB）（Sigma-Aldrich）；聚乙二醇二甲基丙醇酸酯（MPEG-2000）（Sigma-Aldrich）；N-，N-二甲基乙二胺（DMEDA）（Sigma-Aldrich）；4-二乙氨基吡咯（DEAP）（Sigma-Aldrich）；铜氯酸二水（CuCl2）（Sigma-Aldrich）；氯化铜（CuCl）（Sigma-Aldrich）；五氢化二乙基四胺（DEDTC）（Sigma-Aldrich）；高速均质机（T25DigitalULTRA-TURRAX）；恒温振荡器（LaudaECOREO5）；光学显微镜（OLYMPUSBX51）；扫描电子显微镜（SEM）（FEIQuanta200FESEM）
2.2实验步骤
2.2.1SA-AA共聚物的合成
将SA和AA按1:1质量比例混合，加入甲醇水溶液中，用高速均质机均匀混合，使其终浓度为2wt%。在低温下加入过氧化氢（H2O2）催化反应，合成出SA-AA共聚物。
2.2.2CTAB的加入
将CTAB按质量比例为SA-AA：CTAB=1:0.03加入SA-AA共聚物中，混合均匀，然后加入APB和EDO。
2.2.3疏水改性
在DMEDA的存在下，向溶液中滴加不同质量比例的DEAP，反应2h。加入CuCl和DEDTC，继续反应2h，通过离心分离得到疏水改性的SA-AA水凝胶。
2.3测试方法
2.3.1拉伸实验
采用拉伸试验仪对不同材料的拉伸性能进行测试，其中，拉伸速度为1mm/min，初始夹距50mm。
2.3.2热重分析
采用热重分析仪测定不同材料在热稳定性方面的性能。在600℃下采集数据，分析样品的残留物量。
2.3.3水溶性测试
将样品放入20ml缓冲盐水（PBS）中，在不同时间间隔下取出样品，干燥称重，计算溶解率。
2.3.4形态表征
通过光学显微镜和SEM对样品的形态进行表征。
3.结果与分析
3.1材料的制备
成功合成了不同比例的DEAP疏水改性的SA-AA水凝胶，并以铜离子作为交联剂，形成了3D网络结构。实验结果表明，随着DEAP的质量比例的增加，材料的疏水性能显著提高。
3.2材料的性能
3.2.1力学性能
拉伸实验结果表明，随着DEAP质量比例的增加，材料的拉伸强度和拉伸模量均得到了提高，表现出了更优越的力学性能。这是因为DEAP引入疏水功能基团，增加了材料的相互作用力，形成了更为紧密的网络结构。
3.2.2热稳定性
热重分析结果表明，与未经疏水改性的SA-AA水凝胶相比，经过DEAP疏水改性的材料在高温环境下具有更好的稳定性能。这是因为DEAP引入的疏水基团可以减少材料的吸水性，降低其分解速度。
3.2.3水溶性能
在水中的溶解率测试结果表明，经过DEAP疏水改性的材料具有更好的水溶性能，能够在湿润环境下维持其结构不变。这是因为DEAP疏水基团可以减少材料的吸水性，从而降低其分解速度。
3.2.4形态表征
光学显微镜和SEM结果表明，经过DEAP疏水改性的SA-AA水凝胶具有更为均一和紧密的网络结构。这是因为DEAP的引入增强了材料的相互作用力，使其网络结构更为紧凑。
4.结论
本研究通过海藻酸钠疏水改性的方法制备了一种水凝胶，并对其性能进行了评价。结果表明，DEAP引入的疏水基团可以改善材料的力学性能、热稳定性和水溶性能，并能够形成更为紧密的网络结构。这将为该材料在生物医学、环境保护等领域的应用提供参考依据。