[发明专利]一种复合凝胶及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种复合凝胶及其制备方法和应用。根据本发明的复合凝胶，包括亲水聚合物以及分散在亲水聚合物中的二维矿物材料，粘土矿物材料以二维材料的形式分散在亲水聚合物中，利用二维材料具有几何各向异性极大，模量高的优点，可以在高度有序排列下与有机材料亲水聚合物复合，实现力学性能增强的作用，复合凝胶具有高强性能。复合凝胶成本低廉，环境友好，可以用于开发可降解的高性能塑料替代品，还可以循环利用，循环利用时，制品的机械强度衰减率低于5％，水稳定性衰减率低于5％。本发明还提供了上述复合凝胶的制备方法和应用。

技术领域

本发明属于可降解材料技术领域，具体涉及一种复合凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

由于一次性塑料制品的大量使用而引发的“白色污染”是环境领域面临的一项重大挑战，近四分之一的塑料垃圾被丢弃或焚烧，作为固体废弃物进入自然环境或以微塑料形式在生物体内富集，引发了严重的生态问题。预计到本世纪中期，全球20％的石油将会被用于制造塑料制品，进一步加剧能源危机，而加工制备过程中产生的碳排放将占据全球总排放量的15％。对于可持续发展而言，开发原料和制备加工过程绿色环保、使用后可完全降解的塑料替代品是极富前景的解决方案之一。

水凝胶具有来源广泛、可调节性强、环境友好的优点，被认为是一种可能的塑料替代品。然而，传统水凝胶的含水量在70％以上，固含量较低，导致强度和模量等机械性能较差，无法替代塑料袋、餐盒等需求量大的一次性制品。通过无机材料改性水凝胶是一种常见的力学增强手段。相关技术中，无机材料改性水凝胶由于无机材料与有机相的作用力弱，水凝胶的机械强度仍不能满足实际需要。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的上述技术问题之一。为此，本发明提供了一种复合凝胶，该复合凝胶成本低廉，环境友好，机械强度高。

本发明还提供了一种制备复合凝胶的方法。

本发明还提供了一种复合凝胶在制备塑料替代品中的应用。

本发明还提供了一种复合凝胶在制备包装材料中的应用。

本发明的第一方面提供了一种复合凝胶，包括亲水聚合物以及分散在所述亲水聚合物中的二维矿物材料，所述亲水聚合物包括壳聚糖、海藻酸钠和明胶中的至少一种，所述二维矿物材料包括高岭石-蛇纹石族二维矿物材料、蒙皂石族二维矿物材料、蛭石族二维矿物材料和云母族二维矿物材料中的至少一种。

本发明关于复合凝胶的技术方案中的一个技术方案，至少具有以下有益效果：

本发明的复合凝胶，包括亲水聚合物以及分散在所述亲水聚合物中的二维矿物材料，二维矿物材料包括高岭石-蛇纹石族二维矿物材料、蒙皂石族二维矿物材料、蛭石族二维矿物材料和云母族二维矿物材料中的至少一种，这些二维矿物材料来自粘土矿物材料，粘土矿物材料作为地球上储量丰富的常见物质之一，具有易于开采、价格低廉等特点，且完全无毒无害，是最理想的制备水凝胶复合材料的原料之一。若直接将颗粒状的粘土矿物作为粒料添加剂添加到凝胶中，由于粘土矿物的比面积小，与有机相作用力弱，制备的水凝胶的机械强度无法满足实际需要。而本发明中，粘土矿物材料以二维矿物材料的形式分散在亲水聚合物中，利用二维材料具有几何各向异性极大，模量高的优点，可以在高度有序排列下与有机材料亲水聚合物复合，实现力学性能增强的作用，复合凝胶具有高强性能。

本发明的复合凝胶，成本低廉，环境友好，可以用于开发可降解的高性能塑料替代品。

本发明的复合凝胶，可以循环利用，循环利用时，制品的机械强度衰减率低于5％，水稳定性(接触角)衰减率低于5％。

本发明的复合凝胶，可以在土壤中快速降解，降解时间小于100h。

根据本发明的一些实施方式，以重量份计，所述复合凝胶的制备原料包括：

二维矿物材料：60份～85份，