[發明專利]一種新型納米復合雙網絡水凝膠及制備方法

無效

• 申請號: 201010197748.7
• 申請日: 2010-06-11
• 公開（公告）號: CN101880440A
• 公開（公告）日: 2010-11-10
• 發明（設計）人: 徐世美;費翔;王吉德;陳鵬
• 申請（專利權）人: 新疆大學
• 主分類號: C08L63/00
• 分類號: C08L63/00;C08L59/00;C08L33/02;C08L41/00;C08L33/26;C08L33/24;C08L33/20;C08K3/34;C08J3/075
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技術領域

本發明涉及一種新型納米復合雙網絡水凝膠及制備方法，屬于功能高分子領域。

背景技術

水凝膠(Hydrogel)是一種經適度交聯而具有三維網絡結構的新型功能高分子材料。它不溶于水，但能顯著地溶脹于水中，吸水量大，保水能力強，是一類具有廣泛應用前景的功能高分子。可用于農林園藝、生理衛生、醫藥、人工器官等方面。但是由于傳統水凝膠的機械強度較低，很大程度上限制了水凝膠的應用領域。為了解決這一難題，一些新型結構的水凝膠被研制出來，包括拓撲結構凝膠(Topological?gel，TG，Okumura?Y，Ito?K，Adv?Mater，2001，13：485-487)，納米復合凝膠(Nanocomposite?gel，NC，Haraguchi?K，Takehisa?T.Adv?Mater，2002，14(16)：1120-1124)，雙網絡凝膠(Double?network?gel，DN，Gong?JP，Katsuyama?Y，Kurokawa?T，Osada?Y.Adv?Mater，2003，15(14)：1155-1158)和大分子微球水凝膠(Macromolecularmicrosphere?composite?gel，MMC，Huang?T.，Xu?H.，Jiao?K.，Zhu?L.，Brown?H.R.，Wang?H.AdvMater，2007，19：1622-1626)。拓撲結構凝膠利用可以沿高分子鏈自由滑動的8字型交聯環來分散應力，從而使拉伸強度明顯增大。納米復合水凝膠是以無機粘土Laponite作為交聯劑，代替了傳統化學交聯劑，所制得的凝膠具有良好的力學性能和透光性。雙網絡水凝膠將交聯度很低甚至不交聯的柔性第二網絡貫穿到高度交聯的剛性第一網絡中，利用剛性模式和柔性模式之間的相互作用有效抵抗外界作用力，從而提高凝膠的機械性能。大分子微球水凝膠是用聚合物微球作為交聯劑，合成結構規整的水凝膠。當該水凝膠受外力作用時，所有的鏈可以同時受力，且高分子長鏈從自由狀態到被完全拉伸，可以在很大程度上分散應力。然而由于應用對象不同，以上四種水凝膠高拉伸或壓縮機械性能通常在含水量90％或小于90％情況下測得。而應用于農林園藝和生物組織材料方面的水凝膠材料往往需要同時具備高含水量和高機械性能。本發明是結合納米復合水凝膠和雙網絡水凝膠的理論，并分別通過縮合(聚)反應和自由基聚合反應原理，制備了一種新型納米復合雙網絡水凝膠。該水凝膠在98％以上的高含水量下依然可以保持較好的機械性能。

發明內容

本發明是在粘土溶液中進行縮合(聚)反應得到縮合(聚)物/粘土復合物，之后通過親水性單體的自由基交聯聚合得到納米復合雙網絡水凝膠。

本發明選用的縮合(聚)產物為：胺類與環氧氯丙烷的縮聚物或多元醇與醛的縮合(聚)物。胺類可以是伯或仲胺，如二甲胺、甲胺、乙胺、丙胺、二乙胺、乙二胺、丙二胺、二乙三胺、三乙四胺、四乙五胺中的一種。多元醇可以是乙二醇、丙二醇、丙三醇、丁二醇、新戊二醇、季戊四醇、聚乙烯醇、聚乙二醇、葡萄糖、蔗糖、山梨醇、可溶性淀粉、殼聚糖中的一種；醛類可以是甲醛、丙二醛、戊二醛中的一種。選擇的縮合(聚)物具有較強的親水性并且能與無機粘土之間有很強的氫鍵作用或靜電吸引作用。

本發明是采用粘土為原料與親水性的縮合(聚)物相互作用形成第一網絡縮合(聚)物/粘土復合物。粘土可以是鋰藻土，也可以是膨潤土或親水性改性膨潤土等，可很好地溶解或分散在水中，與縮合(聚)物有很強的相互作用，形成均勻穩定的復合物。

本發明中親水性單體為丙烯酸單體及衍生物，如丙烯酸，甲基丙烯酸，丙烯酰胺，N-異丙基丙烯酰胺，丙烯磺酸，丙烯腈中的一種、兩種或三種。在縮合(聚)物/粘土復合物的基礎上引入引發劑過硫酸銨、交聯劑N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺，在一定的反應溫度下引發自由基聚合，得到納米復合雙網絡水凝膠。

納米復合雙網絡結構對凝膠的機械性能的提高起到了很大的作用，在高含水量大于98％時，機械性能可達100KPa以上。

本發明提供的納米復合雙網絡水凝膠的制備方法，其技術方案為：

1.縮合(聚)物/粘土復合物的制備：采用胺類與環氧氯丙烷或多元醇與醛按一定的比例(摩爾比1∶1～1∶4)在1g粘土水溶液中(粘土濃度1～20％)中混合0.5～3h，20~80℃下進行縮合(聚)反應1～12h，得到縮合(聚)物/粘土復合物。