Page 77 - 《精细化工》2022年第7期

第 7 期 张晓静，等: 水溶性 Janus 型 POSS 的制备及对 PAA/PAM 水凝胶性能的影响 ·1363·

l 2 结果与讨论
断裂伸长率 /%   100 （2）
L
其中：l 为样条断裂时的长度，cm；L 为实验所用样 2.1 AS-POSS 的合成与溶解度
条的标距，cm。 针对 Acrylo-POSS 的结构特点，选择快速高效
1.4.8 水凝胶压缩性能测试 的巯基点击反应来打破 POSS 的对称性。MPS 由于
压缩试样制备成圆柱状（直径 22 mm，高 含有巯基和水溶性磺酸钠基团，是一种理想的反应
9 mm），压缩速率为 2 mm/min，最大负载定为 200 N， 物。MPS 与 Acrylo-POSS 在催化剂 TEA 作用下发
在负载循环压缩的压缩范围为 0~40%，次数为 3， 生 Michael 加成反应。MPS 和 Acrylo-POSS 的物质
每次循环结束后有 60 s 的应变恢复时间，每组 2 个 的量比是调节产品水溶性和可聚合性的重要因素。
试样，力学性能取其平均值。压缩强度（Pa）的计 Acrylo-POSS（6 g）和 AS-POSS（6 g）在 10 mL 水
算公式为： 中的溶解性照片见图 2。可以看出，AS-POSS 能够
W  完全溶于水。
压缩强度  （3）
A
其中：W′为实验过程中样品的实际载荷，N；A′为水
2
凝胶的接触面面积，m 。
压缩应变的计算公式为：
H  h
压缩应变 /%   100 （4）
H
其中：h 为压缩过程中样品的实际高度，cm；H 为
图 2 Acrylo-POSS 和 AS-POSS 的水溶性
实验所用样品的高度，cm。
Fig. 2 Water solubility of Acrylo-POSS and AS-POSS
1.4.9 流变性能测试

使用的平板样品台直径为 20 mm，选用 PP20 在 AS-POSS 中，磺酸钠基和丙烯酰氧丙基的物
平行板测量头，凝胶样品为圆柱状（直径约为 质的量比可以通过投料比进行调整。图 3 为不同投
20 mm，高约为 5 mm），测试的环境温度为 25 ℃， 料比下 AS-POSS 的 HNMR 谱图。根据硅原子附近
1
对样品进行频率和应变两方面的扫描。在对样品进 亚甲基基团中氢吸收峰（Ha）和碳碳双键中氢吸收
行频率范围为 0.1~100 Hz 的扫描时，测试温度设置 峰（Hb）的峰面积，可以计算出 AS-POSS 结构中
为 25 ℃，应变（γ）设置为 1.0%。对样品进行应变 丙烯酰氧丙基和磺酸钠基的真实物质的量比和接枝
扫描的过程中，测试温度设置为 25 ℃，频率设置
率，结果如表 1 所示。从表中可以看出，随着 MPS
为 1 Hz，应变的扫描范围为 0.1%~400%。
和 Acrylo-POSS 物质的量比的增加，油溶性基团丙
1.4.10 水凝胶溶胀性能测试
烯酰氧丙基的数量逐渐减少，而水溶性基团磺酸钠
将水凝胶样品冷冻数小时后用真空冷冻干燥机
基的数量逐渐增加，使得 AS-POSS 在水中的溶解度
完全干燥，然后在室温下置于一定量的蒸馏水中浸
由 372 g/L 增大到 1342 g/L。
泡，取合适的时间间隔称量样品的质量，直至质量
几乎不再变化后结束实验。水凝胶的溶胀比（SR）
由公式（5）求得：
M  M
溶胀比  a b （5）
M b
其中：M a 表示水凝胶溶胀后的质量，g；M b 表示原
始干凝胶的质量，g。
1.4.11 水凝胶导电性能测试
5
采用电化学工作站在 0.01~1×10 Hz 的频率范
围内进行电化学阻抗谱（EIS）测试。离子电导率（σ，
S/m）由公式（6）计算：
d
  （6）
s 
RA 图 3 由 MPS 与 Acrylo-POSS 不同物质的量比制得的
其中：d 为水凝胶的厚度，m；A′为水凝胶的面积， 1
2
m ；R s 为通过电化学阻抗谱法（EIS）得到的欧姆电 AS-POSS 样品的 HNMR 图
1
Fig. 3 HNMR spectra of AS-POSS samples with different
阻，Ω。 molar ratios of MPS to Acrylo-POSS