基於光誘導塑化的冰凍多孔水凝膠的製備與性能研究

《基於光誘導塑化的冰凍多孔水凝膠的製備與性能研究》是依託浙江大學，由趙騫擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於光誘導塑化的冰凍多孔水凝膠的製備與性能研究
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：趙騫
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

多孔水凝膠在污水處理、色譜分離、組織工程支架等領域中有很好的套用前景。冰凍致孔技術是一種發展很快的水凝膠致孔方法。該方法操作簡單，所得的多孔水凝膠機械強度較好且孔結構可控,但也存在一突出缺陷：聚合在冰凍條件下進行，適用該方法的僅有一些水溶性的非酸性單體，不利於材料的多功能化。本申請擬探索基於光誘導塑化效應製備多孔水凝膠的新方法。通過光可逆交聯劑的引入合成具有光誘導塑化能力的無孔水凝膠。在冰凍狀態下，水凝膠中聚合物分子鏈因冰晶擠壓而受到微觀應力作用。通過光輻照將此應力鬆弛，冰晶熔融後就能得到多孔水凝膠。由於聚合及致孔解耦進行，此方法可適用於大多數單體，具有很強的通用性。此外，光特有的時空可控性也可用於實現孔結構的精確調控。本申請將對光塑化冰凍致孔方法涉及的關鍵科學問題，即微觀應力作用下多相體系中的光誘導塑化產生機理及控制規律進行系統研究。

結題摘要

冰模板法能夠高效、可控的製備多孔水凝膠。然而，冰凍區域的不可控性以及冷凍狀態對聚合反應的巨大影響，制約了多孔水凝膠製備的廣度。針對冰模板法製備多孔水凝膠的原理要求與製備難點，本研究首先採用傳統冰凍致孔法，包括冰凍乾燥法與冰凍聚合法，細緻探究凝膠體系中冰晶生長的動力學過程與最終成孔狀態之間的聯繫，揭示冷凍乾燥法得到多孔結構臨時的特徵，並開發了基底親疏水性調控多孔水凝膠孔結構的方法。在充分結合上述研究內容的基礎上，本研究合成含有光誘導塑化性質的水凝膠。冷凍狀態下，凝膠網鏈將由於冰晶生長而被拉伸，此時施加紫外光照，通過引發雙硫鍵鍵交換來鬆弛被拉伸鏈段。當升溫冰晶融化，因為網鏈已經鬆弛而不會發生回彈，將實現水凝膠的致孔。這一致孔方式，將水凝膠的合成與致孔解耦，拓展了多孔水凝膠的製備方式。同時，採用光刻技術，本研究實現了水凝膠孔結構的空間調控，詮釋了微觀內應力作用下光誘導塑化的機理。