[发明专利]一种高强度高拉伸双网络物理交联水凝胶及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种高强度高拉伸双网络物理交联水凝胶及其制备方法。

背景技术

水凝胶是一种物理交联或者化学交联形成的具有三维空间网络结构且含有大量水的高分子材料。由于其具有良好的生物相容性，刺激响应性以及亲水性等功能特性，使得水凝胶在化妆品、生物传感器、组织工程、药物运载等领域有着广泛的应用。但是，传统的水凝胶内部不均一的结构，以及不能进行有效的能量耗散，且机械性能较差，这在很大程度上限制了水凝胶在高端领域的实际应用。

现有技术中，出现了几种具有优良力学性能的高强度水凝胶：如发表在《先进材料》（Advanced Materials, 2003，15，1155）的双网络水凝胶；发表在《先进材料》（Advanced Materials，2002，14，1120）的纳米复合水凝胶；发表在《small》（small, 2014, 10, 448–453）的离子交联水凝胶；发表在《先进材料》（Advanced Materials，2007,19,1622）的大分子微球复合材料水凝胶。尽管高强度水凝胶的设计和制备已经取得了一些重要的成果，但目前仍未有较简单的方法制备出高强度超拉伸水凝胶，这都限制了水凝胶在各个领域中的应用。因此，用一种简单、快捷、灵活的方法制备强韧的高强度水凝胶仍然是一个巨大的挑战和紧迫的任务。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的缺陷，提供一种具有优异的机械性能（高强度、高拉伸）并且具有较高自回复性的双网络物理交联水凝胶，所涉及的制备过程简单易操作。

本发明所制备的高强度高拉伸水凝胶，是以纳米复合水凝胶为第一网络，然后将其浸泡在三价铁离子的水溶液中形成离子键交联的双网络水凝胶。

本发明的技术方案包括如下方案中至少一种。

一种高强度高拉伸性物理水凝胶的制备方法，包括以下制备步骤：

（1）称取一定量的纳米锂藻土，将其分散在水中，机械搅拌2～5小时后，得到均一的纳米锂藻土水分散液。

（2）将单体丙烯酰胺、丙烯酸加入步骤（1）中得到的锂藻土悬浮液中，充分搅拌使其混合均匀，通氩气除氧后，加入引发剂以及催化剂，振荡均匀，然后将所得溶液密封，置于室温下反应10～20小时，即得到纳米锂藻土作为物理交联剂的物理水凝胶。

（3）将步骤（2）中所得到的单网络物理水凝胶置于FeCl₃的水溶液中，浸泡一定时间，即得到双网络物理交联水凝胶。

（4）将步骤（3）中所得到的水凝胶置于去离子水中浸泡40～50小时，即得到高强度高拉伸的双网络物理交联水凝胶。

进一步地，步骤（1）所述的纳米锂藻土优选为Laponite XLG。

进一步地，步骤（1）所述的纳米锂藻土相对于水的质量分数为0.5 wt%～2 wt%。

进一步地，步骤（2）所述引发剂为过硫酸铵或者过硫酸钾，催化剂为N,N,N',N'-四甲基乙二胺。

进一步地，步骤（2）所述的引发剂相对于单体的质量为0.2 wt%～0.5 wt%，催化剂N,N,N',N'-四甲基乙二胺相对于单体的质量为0.05 wt%～0.2 wt%。

进一步地，步骤（2）所述的丙烯酸与丙烯酰胺单体的质量摩尔比为10 %～25 %。

进一步地，步骤（3）所述的FeCl₃水溶液浓度为0.06 mol/L。

进一步地，步骤（3）所述的浸泡时间为30 min～9 h, 进一步优选地，浸泡时间为3 h～9 h。

与现有技术相比，本发明具有的优点与有益效果如下：

1. 本发明所述方法制备的水凝胶，最优配方制备的水凝胶其断裂应力＞3.5 MPa，断裂应变＞2100%。

2. 本发明所述方法制备的水凝胶，第一网络与第二网络均属于物理交联，不需要加入任何小分子化学交联剂。

3. 本发明所述方法制备的水凝胶可通过改变在FeCl₃水溶液中的浸泡时间制备不同强度的水凝胶，使水凝胶具有力学性能可调控性，方便易操作。

4. 本发明所述制备方法工艺简单，原材料简单易得，人为可控性很强，有利于工业生产。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。实施例1

（1）将0.1 g纳米锂藻土Laponite XLG分散在10 mL水中，机械搅拌3小时后，得到均一的纳米锂藻土水分散液。