[发明专利]一种光交联聚乙烯醇/纳米晶纤维素PVA/CNC复合水凝胶的制备方法

说明书

一种光交联聚乙烯醇/纳米晶纤维素PVA/CNC复合水凝胶的制备方法，属于高分子材料领域和感光材料领域。本发明包括：将天然高分子CNC加入到PVA溶液中，得到PVA/CNC混合溶液。再将含有碳碳双键和氨基的N,N’‑亚甲基双丙烯酰胺(MBA)加入到混合溶液中，MBA与PVA,CNC发生氢键作用，同时在紫外光照射下发生聚合，最后通过循环冷冻解冻处理，得到光交联PVA/CNC复合水凝胶。这种光交联PVA/CNC复合水凝胶提高了PVA水凝胶的力学性能，使得其在农林园艺、生物医药、环境保护等多种领域有着更好的运用。

技术领域

本发明涉及一种光交联聚乙烯醇/纳米晶纤维素PVA/CNC复合水凝胶的制备方法，特别是加入光交联剂得到增强增韧的光固化复合材料，属于高分子复合材料领域。

背景技术

水凝胶作为一种高吸水高保水材料,水凝胶被广泛用于农林园艺、生物医药、环境保护等多种领域。但是传统的水凝胶往往存在强度差，韧性低等缺点，制备出高强度高韧性的水凝胶一直是研究的热点。

水溶性聚乙烯醇(PVA)是由聚醋酸乙烯水解得到，结构式为-CH₂CH(OH)_n-是一种带羟基的高分子聚合物。聚乙烯醇(PVA)由于其良好的生物相容性和高亲水性，是制备水凝胶的传统原料。然而，由于PVA具有大量的柔性链段，所以纯PVA水凝胶往往具有较低的力学性能。欲使PVA水凝胶具有良好的力学性能，需要对其进行改性处理。

纳米晶纤维素(Cellulose Nanocrystals，CNC)，或者叫做纤维素微晶，它的直径为几到几十纳米，长度几十到几百纳米。从可再生资源中提取出来的CNC，它具有优异的机械性能(高的强度和模量)，大的比表面积，环境友好和低成本等优点。CNC优异的机械性能以及和PVA上的羟基形成氢键，可以改善PVA水凝胶的力学性能。

光交联技术作为一种新型的交联技术，光交联技术以低能的紫外光作为辐射源。具有操作简单，环保快捷，成本低等优点。N,N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)分子中含有碳碳双键和氨基，能与富含羟基的物质发生氢键作用。在光引发剂以及紫外光的作用下，N,N’-亚甲基双丙烯酰胺会发生聚合，可以作为光交联剂运用到各类复合材料中。

发明内容

本发明的目的是在PVA中加入天然大分子CNC，降低PVA基复合材料的成本，增强PVA基复合材料的力学性能。另外在PVA/CNC复合材料中加入MBA,MBA分子中含有碳碳双键和氨基，能够和PVA上的羟基发生氢键作用，同时能够在紫外光照射下发生聚合，进一步提高PVA/CNC复合材料的力学性能。

本发明的目的是通过下述技术方案实现：一种光交联聚乙烯醇/纳米晶纤维素PVA/CNC复合水凝胶的制备方法,包含下述步骤：

(1)PVA/CNC混合溶液的制备：取CNC溶于去离子水中制配成质量分数1％的悬浮液，在100W超声波清洗机中，超声分散30min。再按PVA和CNC的质量比为1:0.05～1:0，将CNC悬浮液加入到PVA溶液中，恒温90℃搅拌2h，得到PVA/CNC混合溶液。

(2)光交联PVA/CNC混合溶液的制备：将上述步骤(1)PVA/CNC混合溶液冷却至60℃，加入光交联剂和光引发剂，遮光搅拌1h，静置消泡后倒入培养皿中，在紫外光下暴露一段时间，得到光交联PVA/CNC混合溶液。

(3)光交联PVA/CNC复合水凝胶的制备：将上述步骤(2)光交联PVA/CNC混合溶液密封，放入冰箱中，在-20℃下冷冻20h，再放入室温下解冻4h。循环冷冻解冻5～7次。得到光交联PVA/CNC复合水凝胶。

步骤(1)中所述PVA和CNC质量比为1:0.05～1:0。

步骤(2)中所述光交联剂选自N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，丙烯酸，丙烯酰胺，衣康酸，丙烯酸羟乙酯，其用量为PVA质量的1％～10％。