Page 115 - 《精细化工》2020年第7期

第 7 期 汪煜强，等: 基于聚六亚甲基胍盐酸盐的聚丙烯酰胺/琼脂双网络抗菌水凝胶 ·1397·

而随着 GO 含量的增加，凝胶抗压强度的增长趋势
并不明显，但可以有效地改善 PAM 凝胶受力易破碎
的情况。如图 4b 所示，在测试过程中各组复合凝胶
均未出现破碎，说明所制备的复合凝胶有着良好的
弹性和可恢复性。
2.3 扫描电子显微镜分析
图 5 为 PATG、PATG 0.5 、PTG 与 PTG 0.5 的 SEM
图。从图 5 可以看出，PATG 和 PATG 0.5 的孔径分
别为 1 和 2 μm，与 PTG 和 PTG 0.5 相比，孔隙缩小
近 10 倍。这可能为 Agar 网络与 PAM 网络在水凝胶
中相互交联，刚性的 Agar 网络与柔性的 PAM 网络在
一定条件下复合，能够有效改变凝胶的微观结构，减
小孔隙并提高微观结构的均匀性；当 GO 用量适当增
加，会使孔隙进一步缩小，归原因于水凝胶骨架中
TA 将 GO 还原成 rGO，rGO 可通过 π-π 键相互作
用也会形成三维网络结构，进一步降低孔径大小。

图 4 PATG 切割实验图（a）、PATG 压缩过程图（b）、PATG
拉伸过程中状态图（c）、复合水凝胶拉伸应力-应
变曲线（d）、复合水凝胶压缩应力-应变曲线（e）
Fig. 4 PATG cutting experiment diagram (a), manual
pressure diagram (b), hydrogel stretching diagram
(c), tensile stress-strain curves of complex
hydrogels (d) and compressive stress-strain
curves of composite hydrogels (e)

如图 4 所示，所制备的系列水凝胶都表现出良
好的力学性能。如图 4a 所示，PATG 凝胶足够坚韧，
在被刀片切割后，不易出现破损；如图 4b 所示，PATG
凝胶再被压缩后仍可复原，具有良好的弹性和可恢
复性；如图 4c 所示，直径 2.5 mm 的 PATG 凝胶在

拉力机下拉伸至 900%仍没有出现断裂，具有良好的
图 5 PATG（a）、PATG 0.5 （b）、PTG（c）、PTG 0.5 （d）
拉伸性能。图 4d 为复合水凝胶拉伸应力-应变曲线。
的 SEM 图
添加 Agar 的 PATG 凝胶与未添加 Agar 的 PTG 凝胶
Fig. 5 SEM images of PATG (a), PATG 0.5 (b), PTG (c) and
相比，断裂伸长率提高了约 60%，力学性能得到了 PTG 0.5 (d)
提升。原因可能是，氢键交联形成的 Agar 网络与共
价交联的 PAM 网络结构不同，其多组分多层次的结 2.4 热力学分析
构使两种网络产生了协同作用，由此双网络结构能够 图 6 为 PAM/Agar、PATG 0.5 和 PATG 凝胶的热
有效地提高水凝胶 Agar/PAM 的力学性能 [22] 。 失重曲线。
如图 4d 所示，凝胶中 GO 量的增加可以提高水 由图 6 可以看出，曲线 a、b、c 都表现出了相
凝胶力学性能。PTG 与 PATG 凝胶分别比 PTG 0.5 与 似的降解趋势，表明 GO 的加入并没有改变水凝胶
PATG 0.5 凝胶断裂伸长率高，说明在一定范围内，凝 的热降解机制。但加入少量 GO，水凝胶 T 10% 和 T 50%
胶中 GO 含量适量增加会提升凝胶的力学性能，这可 均有升高，水凝胶的热稳定性得到一定提高。这可
能是由于双网络水凝胶骨架中被还原产生的rGO会自 能是由于水凝胶中 GO 片层的影响，GO 较大的比表
组装形成三维网状结构，进一步增强凝胶的力学性能。 面积使其具有较强的物理阻隔作用，并且 GO 片层
图 4e 为不同 Agar 含量水凝胶的压缩应力-应变 对于聚合物链也会起到一定的阻隔保护作用 [23] 。曲
曲线。同样在 85%的应变下，PATG 凝胶比 PTG 凝 线中 260 和 350 ℃处的 2 个凝胶热损失峰分别由凝
胶压缩强度提高约 90%，双网络的压缩强度更高。 胶中的含氧官能团和 PAM 分解所导致。