硅水凝胶表面性能研究开题报告

1. 研究目的与意义

硅水凝胶俗称隐形眼镜是一种佩戴在人的眼球角膜上，主要用以矫正视力和保护眼睛的镜片。与普通眼镜相比，它具有诸多优点：如佩戴美观，使用方便，并且不会给日常生活造成太多麻烦，及佩戴安定性等，因而受到了广大患者的喜爱，使用人数也是与日俱增。硅水凝胶水凝胶是交联的三维网络中包含大量水分的一类软湿件材料，其性能与其含水量及水分子的状态密切相关。众所周知，有机硅材料具有耐辐射，耐腐蚀，生理惰性，生物相容性等良好的性能特点，因而广泛的应用于轻工，化工，机械，交通运输，医学药品，食品加工，日用化工等领域。采用水凝胶材料制造的角膜接触镜因配戴舒适 、美观而得到市场的认可。本课题主要研究含硅大分子单体结构对水凝胶表面性能的影响。

2. 课题关键问题和重难点

(1)高效的合成甲基丙烯酸侧端的双键，确定反应时间及催化剂等反应条件。解决方法：查阅文献，多次尝试，利用红外光谱跟踪反应进程。

(2)大分子硅单体和各种亲水单体之间的不互溶，造成相分离现象。解决方法：寻找小分子硅单体，对大分子硅单体和亲水单体起增容作用；添加适量有机溶剂，溶解不互溶单体。

3. 国内外研究现状（文献综述）

由W.Ando,J.Chojnowski和Richard.G.Jones主编的《Silicon-Containing Polymers》一书，是由世界上从事有关领域研究的几十位知名专家学者共同撰写的。其中第一篇介绍的聚硅氧烷，主要包括线型聚硅氧烷、硅氧烷共聚物、侧基改性聚硅氧烷。书中第一篇聚硅氧烷-结构问题中提到，Si-O键的距离比共价半径之和短，暗示了Si-O键具有部分双键的特征。然而，绕Si-O键轴旋转的势垒和SiOSi的线性化势垒都非常低。因此聚硅氧烷链非常柔顺。还有，SiOSi角比四面体的角宽的多。这些特征说明亲和试剂进攻硅原子时立体位阻比较低。其中第一篇的第四节提出工业合成氯硅氧烷的方法。一般途径分为两步，第一步是双官能硅烷前驱体（最常用的是DDS）的水解缩聚。这个过程的得到的是线型和环状低聚硅氧烷的混合物，常称水解物。第二步是低聚物变成高分子量的高聚物。高聚物可由烃基封端的短链聚硅氧缩合而成，也可由环状低聚物开环聚合而成。使用DDS，这个过程可能主要产生环状硅氧烷，或者主要产生线型羟基封端聚二甲基硅氧烷。这些产品可以相互转化。为了获得纯的线型低聚物或几乎纯的环状低聚物，正在努力。

由谭帼馨，崔英德发表的论文《水在凝胶中存在状态及其对凝胶力学性能的影响》中提到，以偶氮二异丁腈为引发剂，通过化学引发聚合合成甲基丙烯酸β-羟乙酯（HEMA）N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）二元共聚物HEMA/NVP/甲基丙烯酸甲酯（或甲基丙烯酸丁酯）三元共聚物水凝胶，通过示差扫描量热法（DSC）结合热重法（TG）研究了不同单体配比的共聚物水凝胶中水的状态，证明了凝胶中存在的3种不同状态的水：非冻结结合水、可冻结结合水和可冻结自由水。结果发现可冻结水的含量主要由NVP含量所决定，而非冻结水的含量主要由HEMA含量和疏水性单体甲基丙烯酸酯含量影响。疏水性单体的引入使材料的力学强度提高，而其它两个对凝胶的增塑起着很大的作用。通过实验发现，不同状态下的水在凝胶中的含量既与吸收官能团的性质和数量有关，又与聚合物的链的交联度有关，交联度越大，水凝胶的平衡含水量降低。凝胶中NVP增大，水凝胶的断裂伸长率呈现先升后降的不规则变化。加入疏水性单体后，降低水凝胶的含水量增加了交联程度。所以我们可以从加入的交联剂，疏水性单体等含量的比例来调节水凝胶的性能。

4. 研究方案

2.1研究内容：

（1）含硅大分子单体（m)的合成与表征，用大分子硅单体和各类亲水单体共聚制备硅水凝胶 材料；

（2）含硅大分子单体结构对水凝胶表面性能的影响规律及机理研究；

5. 工作计划

第 1 周：翻译一篇英文文献，不少于3000字；查找和自己研究课题相关的文献，阅读并归纳参考文献，设计及选择最佳合成路线，完成开题报告，并连同英文文献翻译一并交由指导老师审阅并上传至校网毕设系统；

第2-9周：准备有机化学合成所需要的必备实验器材，旋转蒸发仪，恒温水浴锅等以及实验所要用到的药品，准备好一些必要的安全措施，通风橱等；查找药品的相关理化性质，进行多环芳烃半抗原的设计与合成实验，及时记录好每天的实验数据、现象并进行整理、总结、上传；

第9-13周：完成论文修改。合成实验完成，对相应的中间体、最终产品进行相关的结构表征（如：红外光谱、核磁共振氢谱等）以及紫外光谱、高效液相色谱、凝胶电泳、熔点等的测定；