光聚合法制备聚丙烯酰胺/纳米纤维素晶体复合水凝胶的研究开题报告

1. 研究目的与意义

高分子水凝胶由于其独特的性质，在很多领域有着其他任何人工合成材料无法比拟的优势。但传统的高分子水凝胶存在光学透明性较差、强度不高和脆性较大等缺陷，由于这些自身物理性质的缺陷，使得高分子水凝胶在实际应用中受到极大限制。

纳米纤维素晶体( NCC)是一种新兴的有机纳米增强剂, 它具有强度高、密度小、 可生物降解、与水溶性聚合物基体相容性好等优点。本课题拟用纳米纤维素晶体对聚丙烯酰胺水凝胶进行纳米复合改性，进一步改善其力学性能。拟采用光聚合的方法来制备聚丙烯酰胺/纳米纤维素晶体纳米复合水凝胶，并测定其性能，从而找出有效制备方法和表征方法。

2. 国内外研究现状分析

纳米纤维素晶体是一种新型的高分子功能材料,具有独特的结构和优良的性能。纳米纤维素晶体粒径大小一般在1 ～ 100 nm之间，可以在水中分散形成稳定的胶体。纳米纤维素晶体具有许多优良性能，如较大的比表面积、高结晶度、高亲水性、高模量、高强度、超精细结构和高透明性等。

纳米纤维素晶体作为增强相广泛应用于复合材料领域，能改善材料的力学、光学、热学、电学等性能，在复合材料领域具有广阔的应用前景。近年来，越来越多的研究者以天然或合成的聚合物作为基体加入 ncc 制备纳米纤维素复合材料。纳米纤维素复合材料具有强度高，热膨胀系数小，可生物降解，废弃后不污染环境的性能，是一种真正的可再生、环境友好、性能优越的新型材料。其的主要应用有主要有纳米纤维素与其它聚电解质的多层薄膜组装,将纳米纤维素与树脂一同固化用于增强,纤维素表面接枝有机化合物,纳米纤维素作为模板合成生物形态的无机物,将纤维素与无机物合成作为支架材料,将纳米纤维素作为包裹材料制备磁性颗粒等等。

尽管目前人们对纳米复合水凝胶中无机纳米粒子与有机高分子链相互作用与结构形成缺乏完整认识，且纳米粒子分散的不稳定性也增加了纳米复合凝胶的制备难度，但由于纳米复合水凝胶不仅具备的水凝胶特有的软湿特性和生物相容性，而且还具备了高机械强度、透明性好、对磁场电场等环境具有敏感响应等特点，因而在化学能一机械能转变方面，特别是药物释放系统、化学阀、化学机械、人工触觉系统、光阀、人工肌肉和执行元件等，显示出广阔的应用前景。可以肯定，具有特殊微观结构及化学性质的纳米粒子与传统水凝胶结合形成的纳米复合凝胶必将成为一种智能化的新材料。

3. 研究的基本内容与计划

本论文拟采用光聚合的方法来制备聚丙烯酰胺/纳米纤维素晶体纳米复合水凝胶，并测定其性能，从而找出有效制备方法和表征方法，具体实验计划如下：

第一阶段：实验准备

1. 查阅资料，对纳米复合水凝胶和纳米纤维素晶体有一定的了解；

4. 研究创新点