论文总字数：21708字

摘 要

硅水凝胶具有良好的生物相容性、透气性、机械性能等优点，在生物医疗材料领域具有广泛的应用前景。目前，硅水凝胶的透气性和亲水性仍然是亟待解决的热点问题。本论文首先利用（甲醇）甲基硅氧烷-二甲基硅氧烷共聚物（CMS-221）与甲基丙烯酸异氰基乙酯（IEM）反应，制备了新型结构的含硅大分子单体M13。然后以M13和甲基丙烯酰氧丙基三（三甲基硅氧烷基）硅烷(TRIS)为含硅单体，与N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）、甲基丙烯酸羟丙酯（HOM）等亲水性单体共聚，得到硅水凝胶材料。利用核磁共振谱仪确定了含硅大分子单体的化学结构，利用接触角仪表征了硅水凝胶的表面亲水性能。通过改变IEM与CMS-221的投料比例，调节含硅大分子单体侧基上引入双键的个数，研究接枝比例对硅水凝胶含水率及表面性能的影响。结果表明，随着双键个数的增多，硅水凝胶的透光性、韧性以及脱膜都有很大的提高。

关键词：硅水凝胶，含硅大分子单体，亲水性

Study on Surface Properties of Silicon Hydrogel

Abstract

Silica hydrogel has good biocompatibility, permeability, mechanical properties, etc., in the field of biomedical materials has a wide range of applications. At present, the permeability and hydrophilicity of silicone hydrogel is still a hot issue to be solved urgently. In this paper, a new structure of silicon-containing macromolecules was prepared by the reaction of (methanol) methylsiloxane-dimethylsiloxane copolymer (CMS-221) with isocyanatoethyl methacrylate (IEM) Body M13. (TRP) was used as the silicon-containing monomer, and N-vinylpyrrolidone (NVP), hydroxypropyl methacrylate (HOM) and methacryloxypropyltris (trimethylsiloxy) silane (TRIS) And the like, to obtain a silicone hydrogel material. The chemical structure of silicon-containing macromonomer was determined by nuclear magnetic resonance spectroscopy. The surface hydrophilicity of silicon hydrogel was characterized by contact angle meter. By changing the ratio of IEM and CMS-221, the number of double bonds introduced on the side-group of silicon-containing macromonomer was adjusted to study the effect of grafting ratio on the water content and surface properties of silicon hydrogel. The results show that with the increase of the number of double bonds, the translucency, toughness and stripping of the silicone hydrogel are greatly improved.

Key words: silicon hydrogel, silicon - containing macromonomer, hydrophilicity

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 引言 1

1.1水凝胶的概念 1

1.2硅水凝胶的概念 1

1.3硅水凝胶材料的研究进展 1

1.3.1硅水凝胶互穿网络体系 1

1.3.2硅水凝胶共聚物体系 2

1.3.3硅橡胶的表面改性 2

1.4基于PDMS硅水凝胶的研究热点与影响因素 3

1.4.1聚二甲基硅氧烷PDMS 3

1.4.2侧基改性聚硅氧烷 4

1.4.3基于 PDMS 的硅水凝胶的亲水性及其影响因素 4

1.5本课题研究的内容及意义 5

第二章 材料和仪器 6

2.1原料与试剂 6

2.2仪器与使用方法 7

第三章实验内容 8

3.1含硅大分子单体的制备 8

3.2硅水凝胶的制备 8

3.3饱和含水量测试 8

3.4表面接触角测试 9

3.5透氧性能测试 9

3.6脱膜 9

3.7其它性能测试 10

第四章实验结果与讨论 11

4.1大分子含硅单体合成 11

4.2硅水凝胶的制备 11

4.3含水量测定 12

4.4接触角测定 13

4.5核磁确定产物结构 14

4.6其它表征现象 14

4.6总结 15

致谢 16

参考文献 17

第一章 引言

1.1水凝胶的概念

水凝胶是由亲水性的高分子网络和被包裹的水构成的一种特殊的分散体系^[1]。疏水基团和亲水基团引进网状结构的高分子中，亲水残基与水分子结合，使得水分子进入网状内部，剩余的疏水残基就是遇水膨胀的交联物。

水凝胶材料具有诸多优良特性。首先，水凝胶材料中有大量的亲水基团，如氨基、羟基、羧基等^[2]，因此具有良好的保水性，可以吸附自身重量百分之十到几千倍的水分，它能在水中溶胀且不被水溶解^[3]。其次，水凝胶在性质上和生物体内自身的细胞外基质相似^[4]，赋予了此类材料优良的生物相容性^[5-6]。此外，这类材料的弹性高^[7]并且质地柔软，对组织的摩损和机械撞击作用小。因此，水凝胶材料在生物医学领域的应用十分广泛，例如角膜接触镜材料^[8]、组织工程材料^[9]、土壤保湿^{[10, 11]}、药物释放^{[12, 13]}等。

水凝胶的透氧性和亲水性是具有一定比例关系的，亲水性高的水凝胶透氧就不好，所以研究者为了使亲水性和透氧性的性能都很好做了很多试验与研究。传统的水凝胶的透氧性一般为40DK，这种低透氧量的水凝胶没有办法在高透氧中满足要求，为了提高的它的透氧性，使用透氧性比较高的硅单体水凝胶来制备硅水凝胶。

1.2硅水凝胶的概念

硅水凝胶是指将疏水性有机硅单体（例如像TRIS这样的小分子硅单体）引入到水凝胶分子中的一种聚合物网络，是一种很好的的有机高分子材料，硅水凝胶通常具有双位相材料构架，即有机硅相和水凝胶相，此类材料结合了两相的优良特性，满足了生物医学领域对高透气性和高亲水性的双重要求。引入的硅氧键能够提高透氧性，由于硅氧键的键长比较长，带有部分双键的特性，这种结构就很方面从结构空架通道中输送氧气，从而提高它的透氧透气性能。

1.3硅水凝胶材料的研究进展

1.3.1硅水凝胶互穿网络体系

硅水凝胶网络互穿体系简称IPNs，简单来说意思就是“由两种或两种以上的聚合物并列或相互交联贯穿而形成的一种聚合物结构”。最早做这个研究的是Sperling^[14]和Chang^[15]，而最早提出这种体系结构的是Miller^[16]。这种结构的优点非常多，比如交联度，拉伸强度，模量，以及抗冲击强度等都比较好。据Abbasi^[17-18]课题组提出IPNs的合成过程示意图如下图1-1，

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