[发明专利]一种聚乙烯醇/无机纳米复合水凝胶及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚合物水凝胶及其制备方法，尤其涉及一种聚乙烯醇/无机纳米复合水凝胶及其制备方法。

背景技术

聚乙烯醇水凝胶在化学性质上不活泼，无毒性，生物相容性好，机械性能优良，吸水量高，并易于加工成型，广泛应用于农林、医药、日用化工、环保以及沙漠防治等各个领域。在农林园艺方面，聚乙烯醇凝胶具有高吸水率和强保水性，可作植物生育、生长促进剂、苗木移植保存剂等，使得其在农、林、沙漠绿化方面具有广阔的应用前景。在医药方面，聚乙烯醇凝胶化学性质稳定，具有与人体组织相似的物理性质，可直接用作人造器官或组织的材料，或用作药物缓释和微胶囊的载体。在日用化工方面，聚乙烯醇水凝胶可以用作化妆品、洗涤用品的添加剂，卫生巾、卫生纸、纸手巾、餐巾、婴儿尿布等的基体材料。在环境保护方面，可用作微生物固定化载体材料处理污水，提高污水处理效率，降低处理费用。

聚乙烯醇水凝胶无论是作为医用卫生材料、微生物固定化载体材料，还是作为土壤改良剂等，在使用过程中均要求其具有一定的力学强度和多孔结构，以增强其承受各种拉伸、剪切、冲击的外界应力作用，延长其使用寿命，以增强其吸水溶胀性能，构建物质传输、交换通道。现有技术通常采用添加发泡剂、表面活性剂、成孔剂的方法制备多孔凝胶，虽可大幅提高凝胶孔隙率和比表面积，但会导致凝胶分子链间交联减弱，使其力学强度下降。同济大学周丽贇，玻璃与搪瓷，2006，36(6)，研究了A/W生物活性微晶玻璃复合聚乙烯醇制备生物活性水凝胶的工艺，使聚乙烯醇强度、模量得以提高，但其吸水率却下降。

在有机/无机复合体系中，无机粉体分布的均匀程度、颗粒的粒径以及两相间的界面结合情况，会显著影响复合材料的各项性能，如果无机粒子分散不均、粒径较大或粒子发生团聚，则易在基体内形成缺陷，损害材料的结构均匀性和力学性能。因此，要达到较好的复合效果，往往选用超细粒子，甚至纳米粒子与聚乙烯醇复合，但并不是所有的无机纳米粒子与聚乙烯醇聚合制备水凝胶都能很好的改善聚乙烯醇水凝胶的物理性能。目前改善聚乙烯醇水凝胶的物理性能较好的无机纳米粒子，均是用于制备具有医学性能的聚乙烯醇复合水凝胶，也因其价格昂贵，使得制备的聚乙醇复合水凝胶成本高，应用领域狭窄。

水凝胶，依据交联方式的不同，水凝胶可分为化学交联凝胶和物理交联凝胶，分别通过化学交联凝胶法和物理交联凝胶法制得。化学交联凝胶法是通过化学反应形成共价键连接而成制备水凝胶的方法，物理交联凝胶法则是通过非共价键相互作用制备水凝胶的方法。现有技术制备聚乙烯醇复合水凝胶，常通过物理交联凝胶法(反复冷冻-融化法)制得，其制备方法不易操作且工序复杂，不能满足工业生产的需求；也可通过化学交联凝胶法制备聚乙醇复合水凝胶，但是往往因为其制备的凝胶力学强度没有通过物理交联凝胶法制备的凝胶高，而被弃用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种聚乙烯醇/无机纳米复合水凝胶，以改善聚乙烯醇水凝胶的力学强度和通透性，降低生产成本。

本发明的目的还在于提供一种上述聚乙烯醇/无机纳米复合水凝胶的制备方法。

本发明具体是这样实现的，一种聚乙烯醇/无机纳米复合水凝胶，其特征在于：它包括聚乙烯醇30～90重量份和无机纳米粒子0.1～20重量份通过化学交联凝胶法制得，所述无机纳米粒子是纳米粘土、纳米云母粉、纳米分子筛、纳米硅灰石、纳米石墨、纳米二氧化硅或碳纳米管。

为了使上述聚乙烯醇/无机纳米复合水凝胶具有更好的力学强度和通透性，上述化学交联凝胶法，采用的试剂优选海藻酸钠0.1～50重量份和适量的固化剂硼酸水溶液，所述固化剂硼酸水溶液中硼酸和固化剂的质量百分含量分别优选3～5％和0.1～10％。

为了更好地固化制备上述聚乙烯醇/无机纳米复合水凝胶，上述固化剂优选氯化钙、氯化铝或硝酸钙的任一种或多种任意混合。

上述聚乙烯醇的聚合度为400～3000，醇解度为75～99％，优选采用规格为0599、1099、1399、1599、1788、1795、1799、2099或2499的聚乙烯醇中的一种或多种任意混合，所述规格中末尾两位数表示醇解度，例如，规格为1099的聚乙烯醇表示：聚合度为1000且醇解度为99％的聚乙烯醇。

上述固化剂硼酸水溶液的使用量，能使制备的聚乙烯醇/无机纳米复合水凝胶完全浸泡于其中即可。

上述聚乙烯醇/无机纳米复合水凝胶的制备方法，其特征在于：根据所述原料及用量，按照以下步骤制备：