文 献 综 述
概要：复合凝胶材料作为新型复合材料，其结构比较复杂。复合凝胶材料由聚合物水凝胶与无机材料复合而成［1］。由于水凝胶与无机材料种类甚多，随着复合凝胶材料的种类也多并其用途相当广泛。复合凝胶材料本身是一个复杂的复合材料，因此根据复合凝胶材料的一些物理性能来设计并运用。复合凝胶材料具备了弹性，溶胀，离浆，多相等物理性能。
关键词：复合凝胶材料，水凝胶 ，无机材料；
1.复合凝胶材料成分水凝胶与无机材料的介绍
水凝胶是一类极为亲水的三维网络结构凝胶，它在水中迅速溶胀并在此溶胀状态可以保持大量体积的水而不溶解。由于存在交联网络，水凝胶可以溶胀和保持有大量的水，水的吸收量与交联度密切相关。交联度越高，吸水量越低。这一特性很像一种软组织。水凝胶中的水含量可以低到百分之几，也可以高达99%。凝胶的聚集态既非完全的固体也非完全的液体。固体的行为是一定条件下可维持一定的形状与体积，液体行为是溶质可以从水凝胶中扩散或渗透［2］。水凝胶形成原理是凡是水溶性或亲水性的高分子，通过一定的化学交联或物理交联，都可以形成水凝胶。这些高分子按其来源可分为天然和合成两大类。天然的亲水性高分子包括多糖类（淀粉、纤维素、海藻酸、透明质酸，壳聚糖等）和多肽类（聚L-赖氨酸、聚L-谷胺酸等）。合成的亲水高分子包括醇、 丙烯酸及其衍生物类（聚丙烯酸，聚甲基丙烯酸，聚丙烯酰胺，聚N-聚代丙烯酰胺等。人们根据水凝胶一些性质来人工合成了水凝胶，但人工合成的水凝胶通常存在凝胶强度低、韧性差和吸水速度慢等缺点，无法满足使用的要求。研究者针对提高水凝胶的力学性能开展了大量的研究工作，开发了几类具有优异机械性能的新型凝胶，如拓扑型水凝胶、双网络结构水凝胶、复合水凝胶、大分子微球复合水凝胶、疏水缔合凝胶和均一链结构水凝胶等，其中复合水凝胶，由于具有高强度、复合手段多样化而受到广泛关。
无机材料指由无机物单独或混合其他物质制成的材料。通常指由硅酸盐、铝酸盐、硼酸盐、磷酸盐、等原料和/或氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物、卤化物等原料经一定的工艺制备而成的材料。无机材料一般可以分为传统的和新型的无机材料两大类。传统的无机材料是指以二氧化硅及其硅酸盐化合物为主要成分制备的材料，因此又称硅酸盐材料。新型无机材料是用氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物以及各种非金属化合物经特殊的先进工艺制成的材料。
复合凝胶材料作为水凝胶与无机分金属的结合混合物它具有了一些优于的特点。如一些复合凝胶材料吸水能力极强，有很好的力学强度，热稳定性好，柔性高等特点［3-10］。
- 一些复合凝胶材料的设计与物理性能的应用
复合凝胶材料具有吸附染料的能力，可用于印染废水的处理。印染废水由于所含的染料有机物成分复杂，含量高，色度深，是国内外公认的难处理的工业废水之一。处理印染废水的常用方法包括生物降解、光催化降解、凝聚和吸附。吸附法操作简易，经济效益高，应用广泛。目前，吸附法中常用的吸附剂是一些天然或工业固体吸附剂，如活性碳、黏土，粉煤灰等。水凝胶是一类有三维网络结构的聚合物，它含亲水性基团如羟基、磺酸酸基、羧基等，能够吸收自身质量几十倍甚至上百倍的水溶胀。水凝胶广泛用于农业、医疗卫生，食品等领域。水凝胶结构中含有大量离子基因，可通过静电相互作用对染料分子产生吸附作用。此外，水凝胶不溶于水，便于分离。因此，水凝胶可用于印染废水处理。水凝胶与含染料分子的水溶液接触后，能在溶液中快速溶胀，进而形成凝胶－水界面上的浓度梯度，促使染料分予从溶液中向凝胶内扩散，进而被凝胶的离子基团吸附。因此水凝胶对染料具有较高的吸附容量和较快的吸附速率。复合凝胶是在水凝胶基体中加入吸附性的无机材料制备的复合物。吸附性的无机材料主有蒙脱土、膨润土、凹凸棒土、高岭土、埃洛石、锂藻土等。这些无机材料已被广泛用于吸附染料和重金属离子，改善了水凝胶的吸附能力、强度等［11-12］。除了这个应用外·还有纳米复合水凝胶材料。水凝胶( hydrogels)是一种适度交联的亲水性高分子，可在水中溶胀，但不溶解。自20世纪40年代以来，水凝胶的物理化学性质得到了广泛关注。水凝胶作为高吸水材料、外科软组织填充材料、软性角膜接触镜和皮肤移植材料、隔水混凝土填加剂、石油回收堵水剂等在卫生、生物医学、建筑、化工等诸多领域具有广泛的应用前景。一般的水凝胶是水溶性高分子通过化学交联构成网络，如聚丙烯酰胺水凝胶，但是由于化学交联凝胶的力学性能较差，所以其实际应用范围受到限制。通过提高交联点密度的方法也可以提高有机交联凝胶的强度，但是其它性能如:光学透明性、吸水(脱水)速率、强度、柔性会大大降低，因而在应用上受到限制。年来，纳米技术的发展已进入了一个崭新的阶段，由于纳米材料(粒径1100mm)独特的尺寸效应和界面效应，其在电子学、光学、机械学、催化等方面呈现出优异的性能在传统纳米复合材料的启发下，1997年 Messersmith等第一次研究了蒙脱土/ PNIPAAM纳米复合水凝胶，随后 Liang等前人的经验的基础上，合成了改性蒙脱土/ PNIPAAM纳米复合水凝胶。2002年，日本 Haraguchi等，首次报告将锂藻土( Laponite)纳米粒子分散在水中，使N-异丙基丙烯酰胺( NIPAM)单体在Laponite分散液中原位自由基聚合，不添加化学交联剂，得到了聚N异丙基丙烯酰胺 Laponite纳米复合水凝胶( nanocomposite hydrogel)，这种复合水凝胶拉伸强度约为常见水凝胶的10倍，断裂伸长率高达1300％，约为常见水凝胶的50倍，韧性高，不易拉断透明性好。复合水凝胶是将纳米尺寸的无机物粒子分散在水凝胶中形成的复合材料。因为它不仅保持了纳米材料本身的功能特性，而且还将纳米材料的刚性、尺寸稳定性和热稳定性与水凝胶的软湿性能相结合，从而明显改善水凝胶的物理机械性能、热稳定性。其中利用无机纳米粒子作为物理交联剂，如蒙脱土、无机黏土等，已发现合成的有机一无机纳米复合水凝胶在改善其力学性能方面具有显著的效果［13-17］。利用上述一些特点如今还研发了智能复合水凝胶。智能复合水凝胶［18］是能够对外界环境(如温度、PH、电场、光、磁场、特定生物分子等)微小的变化或刺激有显著响应的三维网络结构的亲水性聚合物。基于水凝胶的三维网络结构和环境敏感性，智能水凝胶广泛应用于记忆材料、药物缓释、敷料、组织工程、智能纺丝、化学机械器件、物质分离、酶的固载等领域。由于水凝胶网络中缺少有效的能量耗散机制，积累的能量接近裂纹尖端不能在凝胶中消散，导致水凝胶存在易断裂、力学强度低、韧性差等缺点，从而限制了其在实际生活中的应用。为此，可以通过加入类似于陶瓷基复合相的増韧相或者生物质基增强相来吸收裂纹扩展释放的能量，从而达到增强水凝胶机械强度的目的。还有一些复合凝胶材料可以作为阻化材料－水玻璃聚电解质复合凝胶阻化材料。煤炭自燃是我国矿井火灾的原因之一，不仅造成煤炭资源的浪费，而且严重威胁着矿井安全生产。因此预防和治理，由于煤炭自燃引起的矿井火灾日益引起人们的重视，为防止煤炭自燃，国内外广泛采用灌浆，喷洒阻化器，注惰性气体等技术。这些技术对保证矿井安全生产起了重要作用，但同时也存在阻化寿命短、阻化效果差差以及破坏环境、取材不易和工艺复杂等问题。
水玻璃聚电解质复合凝胶阻化材料［19］是由基料和促凝剂按一定比例产生凝胶作用而形成。基于经济，环保设施及施工工艺方面的原因，一般选择水玻璃作为基料。复合凝胶阻化材料集固水、堵漏阻化等性能于一体，喷注工艺简单，适用于各类矿井自然火灾。水玻璃为基料的复合凝胶材料常选用无机酸为促凝剂，存在腐蚀施工设备、凝胶时间短、不易控制等不足之处。然而有机聚电解质作为促凝剂是对设备基本没有腐蚀，而且促凝作用可控等优点。因此以水玻璃和有机聚电解杂化复合，制备水玻/聚电解历复合凝胶材料，其将该胶材料与原煤复合并研究其阻化性能，结果表明:相同时间内，随着水玻璃与聚电解质量比的降低，凝胶粘度从913mPa.s提高到3780mlPa.s;当水玻璃与聚电解质量比为9:1，反应时间为20～35min时，制备的复合凝胶具有良好保水性;SFM表明复合凝胶与原煤复合良好:TG-A热分析表明复合凝胶的添加提高了煤的分解燃烧温度 ;原煤与胶复合后，能有效地抑制煤受热时的CO释放量，并且随度的升高，阻化效果増强;当阻燃剂与制备的复合凝复合后，所制备的阻化剂在150℃时阻化率为73.4％ 。除了这些应用外目前复合凝胶材料可以用来配制混凝土。
3.复合凝胶材料的发展前景
以上是毕业论文文献综述，课题毕业论文、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
