[发明专利]一种力学性能和溶胀率可控的水凝胶及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种力学性能和溶胀率可控的水凝胶及其制备方法与应用。本发明以丙烯酰胺单体为基体，与海鞘纤维素纳米晶体水分散液、甲基丙烯酸锌以及引发剂混合加热反应制得力学性能和溶胀率可控的水凝胶。该水凝胶的力学性能和溶胀率同时得到提高，应用潜力大。

技术领域

本发明属于复合材料、高分子功能材料领域，特别涉及一种力学性能和溶胀率可控的水凝胶及其制备方法与应用。

背景技术

水凝胶是一种三维网络结构、能吸收大量的水但是又不溶于水的材料，是一种软而湿的材料，在农业、食品、医疗卫生等领域有广泛的应用潜力，例如土壤保水、食品保鲜、药物释放、组织工程替代、生物传感等。但是与传统的硬材料相比，由于缺乏有效的能量耗散机制或者材料网络结构的原因，通常不具备很强的力学性能，这就严重的限制了水凝胶在各方面的应用。在过去的几十年中，科研工作者们也做了很多研究，通过引入有效的能量耗散机制或者设计新颖的网络结构来增强水凝胶的力学性能。例如双网络水凝胶、四臂聚乙二醇水凝胶、聚电解质水凝胶、纳米复合水凝胶等。主要的增强机理是通过增加物理或者化学交联以及纳米填料效应来增强水凝胶。但是通常的化学交联剂有毒，物理交联如亲疏水作用、静电相互作用相对于化学交联也比较弱。在以往水凝胶的交联中，通常使用单一的交联，比如单一的化学交联或者单一的物理交联，但是单一的交联很难做到力学性能和溶胀率同时得到提高。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种力学性能和溶胀率可控的水凝胶的制备方法。

本发明的另一目的在于提供通过上述制备方法得到的力学性能和溶胀率可控的水凝胶。

本发明的再一目的在于提供上述力学性能和溶胀率可控的水凝胶的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种力学性能和溶胀率可控的水凝胶的制备方法，包括以下步骤：以丙烯酰胺单体为基体，与海鞘纤维素纳米晶体水分散液、甲基丙烯酸锌以及引发剂混合加热反应制得。

所述的海鞘纤维素纳米晶体的用量为所述的丙烯酰胺单体质量的0～8wt％，不含端点值0；优选为4wt％～8wt％；最优选为4wt％。

所述的甲基丙烯酸锌的用量为所述的丙烯酰胺单体质量的0～20wt％，不含端点值0；优选为5wt％～20wt％；最优选为5wt％。

所述的引发剂优选为过硫酸钾。

所述的引发剂的用量优选为所述的丙烯酰胺单体质量的2％。

所述的加热反应的条件优选为60℃反应48h。

一种力学性能和溶胀率可控的水凝胶，通过上述制备方法得到。

所述的力学性能和溶胀率可控的水凝胶，其平衡溶胀率的范围为15g/g～180g/g，平衡溶胀时的韧性为1.5kJ/m³～86kJ/m³，平衡溶胀时弹性模量为10kPa～30kPa；优选为：平衡溶胀率的范围为40g/g～160g/g，平衡溶胀时的韧性为3.5kJ/m³～86kJ/m³，平衡溶胀时弹性模量为17kPa～30kPa；更优选为：平衡溶胀率的范围为84g/g，平衡溶胀时的韧性为22.35kJ/m³，平衡溶胀时弹性模量为17kPa。

所述的力学性能和溶胀率可控的水凝胶可在农业、食品、医疗卫生等领域中进行应用，应用时包括如下步骤：将所述的力学性能和溶胀率可控的水凝胶置于去离子水中浸泡至溶胀平衡。

所述的浸泡的时间优选为72h。

所述的浸泡的温度优选0～40℃；更优选为10～30℃；最优选为25℃。

与已有技术相比较，本发明具有创新如下：