[发明专利]一种仿生层状高强度复合水凝胶薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于聚合物水凝胶领域，特别涉及仿生层状高强度复合水凝胶薄膜的制备方法。

背景技术

聚合物水凝胶是由三维的聚合物交联网络和大量的水组成，其中水填充在三维的聚合物交联网络的空隙中。聚合物水凝胶是一种软而湿的材料，同时具有固体(固定的形状)和液体(网络间隙的水可以自由的移动)的特征。化学交联的聚合物水凝胶已获得广泛的科学研究和实际应用，如软的隐形眼镜、超吸附聚合物材料、分离膜、组织修复、制药等，并取得可观的经济效益。

然而，通常的化学交联的水凝胶强度和模量低且易脆，其差的力学性能限制了其进一步应用。发展强韧的水凝胶已经成为一项紧迫的任务，并成为全世界竞相研究的热点。相关的文献报道主要包括滑移环水凝胶，如《聚合物科学进展》(Prog.Polym.Sci.2005，30，1-9)上发表的综述文章“具有优异机械性能的新颖的水凝胶”(Y.Tanaka，J.P.Gong，Y.Osada，Novel hydrogels with excellent mechanical performance)；双网络水凝胶，如《软物质》(Soft Matter，2010，6，2583-2590)上发表的综述文章“为什么双网络水凝胶如此强韧？”(J.P.Gong，Why are double network hydrogels so tough？)；大分子微球水凝胶，如《先进材料》(Adv.Mater.2007，19，1622-1626)上发表的文章“一种具有高机械强度的新颖的水凝胶：大分子微球复合材料水凝胶”(T.Huang，H.Xu，K.Jiao，L.Zhu，H.R.Brown，H.Wang，A Novel Hydrogel with High Mechanical Strength：A Macromolecular Microsphere Composite Hydrogel)；聚四臂乙二醇水凝胶，如《大分子》(Macromolecules2008，41，5379-5384)上发表的文章“一种理想均匀结构的高强度水凝胶的设计和制备”(T.Sakai，U.-i.Chung，et al.Design and Fabrication of a High-Strength Hydrogel with Ideally Homogeneous Network Structure from Tetrahedron-like Macromonomers)；纳米复合水凝胶，如《应用化学》(Angew.Chem.Int.Ed.2005，44，6500-6504)上发表的文章“超高力学性能的聚N-异丙基丙烯酰胺纳米复合水凝胶”(K.Haraguchi，H.J.Li，Control of the Coil-to-Globule Transition and Ultrahigh Mechanical Properties of PNIPA in Nanocomposite Hydrogels)。

尽管高机械性能的聚合物水凝胶受到越来越广泛的关注，但是，目前报道的聚合物水凝胶的力学性能仍然低于天然的水凝胶，而且制备较为复杂，这大大阻碍了其在组织修复等承载领域的应用。

因此，用一种简单的方法制备强韧的聚合物水凝胶仍然是一个巨大的挑战。天然贝壳内部具有层状结构，这使得其具有强韧力学性能。Kotov等人(P.Podsiadlo，N.A.Kotov，et al.Science 2007，80，318)制备了层状的干态的蒙脱土-聚乙烯醇纳米复合材料，内部有序的层状结构大大提高了其力学性能。受这些启发，本发明首次制备了湿态的层状的有机-无机纳米复合水凝胶薄膜，其力学性能尤其是杨氏模量远远超过了文献中报道的聚合物水凝胶，这为制备新型的高力学性能水凝胶提供了一个新颖的途径。

发明内容

本发明的目的在于克服传统聚合物水凝胶力学强度差的缺点，提供一种仿生层状高强度复合水凝胶薄膜。

本发明的另一目的在于提供一种仿生层状高强度复合水凝胶薄膜的制备方法。

本发明的技术解决方案：本发明的所述仿生层状高强度复合水凝胶薄膜内部具有层状的微米和纳米结构，所述仿生层状高强度复合水凝胶薄膜由聚合物单体、无机纳米片、引发剂和水复合而成，其中聚合物单体的质量百分含量为5％～36％，无机纳米片的质量百分含量为8％～24％，引发剂的质量百分含量为0.1％-1％，余量为水；所述仿生层状高强度复合水凝胶薄膜的厚度为50～500微米，拉伸强度大于0.6MPa，拉伸模量大于1.0MPa，拉伸应变大于700％。