[发明专利]一种纳米纤维素-聚合物复合水凝胶及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种纳米纤维素‑聚合物复合水凝胶及其制备方法和应用。本发明所述纳米纤维素‑聚合物复合水凝胶的制备方法为：纳米纤维素分散液及单体在引发剂及N,N′‑亚甲基双丙烯酰胺的作用下经自由基聚合反应制得；其中所述引发剂选自过硫酸钾、过硫酸铵、芬顿试剂中的一种。本发明所述的纳米纤维素‑聚合物复合水凝胶的制备方法，具有原料来源广泛、制备方法简单、反应时间短等优点。本发明制得的纳米纤维素‑聚合物复合水凝胶的导电性能、自愈合性能和机械性能良好，可以应用在柔性智能材料、电容器或电池隔膜等领域。

技术领域

本发明涉及高分子材料领域。更具体地，涉及一种纳米纤维素-聚合物复合水凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

水凝胶是一种含水量在30％-90％之间，且能在水中发生高度溶胀而不溶解的一类软材料，它具有良好的生物相容性和低表面摩擦性，且一些智能水凝胶能够感知外界刺激变化并相应地做出灵敏性响应，因此在药物释放、人工软组织、智能材料、传感领域及超级电容器领域等得到了广泛的应用。由于传统水凝胶的力学性能较差，极大地限制了它的应用。

纤维素是自然界中储量最丰富的天然高分子，年产量高达2×10¹²吨。它可以由植物等通过光合作用产生，也可以由某些背囊类动物和细菌合成。纤维素具有丰富的来源、低廉的价格、良好的生物相容性与生物降解性，因此纤维素基水凝胶受到了国内外学者的广泛关注。但是纤维素基水凝胶材料存在稳定性较差，易降解等问题。

纳米纤维素是二十大未来最具有潜力的新材料之一，具有低密度、高强度、生物相容性好、热膨胀系数低等优点，可以用于材料增强，制备透明纸、水凝胶、气凝胶等各种产品。因此，选择纳米纤维素与聚合物进行复合制备杂化水凝胶，不但可以赋予水凝胶优异的力学性能还能解决纤维素基水凝胶稳定性差的问题。极大地拓展了纤维素材料的应用领域。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种纳米纤维素-聚合物复合水凝胶的制备方法，纳米纤维素分散液及单体在引发剂及N,N′-亚甲基双丙烯酰胺的作用下经自由基聚合反应制得；

其中，所述引发剂选自过硫酸钾、过硫酸铵、芬顿试剂中的一种，优选为芬顿试剂。

优选地，所述纳米纤维素分散液选自纤维素纳米纤维分散液、纤维素纳米晶分散液、纤维素纳米片分散液、纤维素纳米颗粒分散液中的一种。

优选地，所述纳米纤维素分散液占所述自由基聚合反应的物料体系总质量的50％～80％。

优选地，所述单体选自丙烯酸、丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、甲基丙烯酸、N-乙基丙烯酰胺中的一种或几种；

优选地，所述单体以单体溶液的形式加入，所述单体在所述自由基聚合反应的物料体系中摩尔浓度为0.5～4mol/L。

优选地，所述纳米纤维素分散液中纳米纤维素的摩尔用量为所述单体摩尔用量的1％～20％。

优选地，所述引发剂以引发剂溶液的形式加入，所述引发剂的摩尔用量为所述单体摩尔用量的1‰～5％。

优选地，所述N,N′-亚甲基双丙烯酰胺以N,N′-亚甲基双丙烯酰胺溶液的形式加入，所述N,N′-亚甲基双丙烯酰胺溶液的摩尔用量为所述单体摩尔用量的1‰～10％。

优选地，所述自由基聚合的反应时间为5～30min。

优选地，本发明所述的制备方法还包括将所述自由基聚合反应后的产物倒入模具中加热成型的步骤。

优选地，所述加热的温度为30～80℃。

优选地，所述成型的时间为10min～10h。

优选地，所述模具选自聚四氟模具、玻璃模具、塑料模具中的一种。