[发明专利]高弹性半互穿网络复合凝胶及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备高弹性的半互穿网络复合凝胶的方法。

发明背景

高聚物水凝胶是一种能大量吸水溶胀的三维网络结构的聚合物，一般由亲水性的均聚物或共聚物交联而成。水凝胶不溶于水，但能在水中溶胀。

在过去的几十年中，关于环境敏感和生理敏感水凝胶的研究大量涌现，敏感性水凝胶典型的响应方式是水凝胶体积的变化。这种体积的变化是不连续的，利用这种刺激响应特性，水凝胶已经在以下几个方面得到应用：化学工业中用于分离；在医学上用于药物的控制释放；在机械工业上用来制作记忆元件开关、传感器等。

然而，敏感性高分子水凝胶的智能响应速率和力学性能一直是制约高分子水凝胶应用的主要因素。

近年来，出现了三种新型高强度的水凝胶合成方法：拓扑凝胶，双网络凝胶和纳米复合凝胶。与其它两种高强度凝胶的合成方法相比，纳米复合凝胶是以一种无机粘土为交联剂通过原位自由基聚合形成新的结构，合成工艺简单。

申请人的研究发现，聚异-丙基丙烯酰胺/粘土纳米复合水凝胶中粘土含量的提高，凝胶的拉伸断裂强度也大大提高，当粘土含量达到凝胶的15wt％时，凝胶的拉伸强度达到1MPa。另一方面在材料拉伸断裂强度提高的同时其断裂延伸率却大大降低。然而在实际应用中需要材料具有好的综合力学性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种高弹性半互穿网络复合凝胶及其制备方法，以克服现有技术存在的上述缺陷。

本发明的高弹性半互穿网络复合凝胶的制备方法，包括如下步骤：

(1)将预聚液I在5-15℃条件下，惰性气氛中，引发聚合，聚合时间为20-40小时，得到线性聚丙烯酰胺或线性聚异-丙基丙烯酰，预聚液I的组分和重量份数含量包括：

单体                    5-15份

引发剂                  0.1-0.2份

催化剂                  0.1-0.2份

水                      85-95份

所说的单体选自异-丙基丙烯酰胺或丙烯酰胺；

所说的引发剂选自过硫酸钾、过硫酸铵或偶氮二异丁腈中的一种；

所说的催化剂选自N，N，N′，N′-四甲基乙二胺、三乙醇胺或硫代硫酸钠中的一种；

(2)将含有步骤(1)得到线性聚丙烯酰胺或线性聚异-丙基丙烯酰的预聚液II，在5-15℃条件下，惰性气氛中，引发聚合，聚合时间为20～40小时，即获得本发明的半互穿网络复合凝胶；

所说的预聚液II的组分和重量份数包括：

单体                    5-15份

交联剂                  2-10份

引发剂                  0.1-0.2份

催化剂                  0.1-0.2份

步骤(1)的线性聚丙烯酰胺或线性聚异-丙基丙烯酰    0.3-5份

水                      80-90份

所说的单体为异-丙基丙烯酰胺；

所说的交联剂为经焦磷酸钠改性的锂皂石(Laponite XLS)，其化学结构通式为：(92.32wt％Mg_5.34Li_0.66Si₈O₂₀(OH)₄Na_0.66，7.68wt％Na₄P₂O₇)，俗称“粘土”，可采用市售产品；

所说的引发剂选自过硫酸钾、过硫酸铵或偶氮二异丁腈中的一种；

所说的催化剂选自N，N，N′，N′-四甲基乙二胺、三乙醇胺或硫代硫酸钠中的一种；

本发明获得的半互穿网络复合凝胶，具有较高的综合力学性能，对于今后拓展纳米复合水凝胶应用有重要意义。

具体实施方式

以下实施例所采用的检测方法：采用文献：2006年大分子快报27卷中，朱等人的报道中提到的方法。

实施例1

将1克丙烯酰胺单体溶解到28克去离子水中，搅拌溶解；

将0.01克过硫酸钾溶解在2克去离子水中；

然后将过硫酸钾水溶液、0.024克催化剂N，N，N′，N′-四甲基乙二胺同时加入到丙烯酰胺水溶液中，搅拌，形成预聚液I；