[發明專利]一種含有纖維素納米晶須的超高強度各向異性水凝膠的制備方法

有效

• 申請號: 201810270159.3
• 申請日: 2018-03-29
• 公開（公告）號: CN108409997B
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（設計）人: 常春雨;胡丹寧;張俐娜
• 申請（專利權）人: 武漢大學蘇州研究院
• 主分類號: C08J7/14
• 分類號: C08J7/14;C08J3/24;C08F283/00;C08F220/56;C08F285/00;C08F220/06;C08L51/08;C08L51/10
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 薛玲

本發明公開了一種含有纖維素納米晶須的超高強度各向異性水凝膠的制備方法。該方法是通過主客體作用制得以纖維素納米晶須物理交聯的單交聯水凝膠，且在二次交聯之前，通過外力實現對單交聯水凝膠預拉伸取向，加入Fe³⁺二次交聯可固定網絡中纖維素納米晶須的取向，制得力學性能更優的各向異性水凝膠。通過調整丙烯酸與丙烯酰胺單體比例、鐵離子濃度以及預拉伸程度，可控制水凝膠的含水量和力學性能等性質，拓展水凝膠的用途范圍。本發明方案制備的水凝膠強度極高，為彌補傳統水凝膠力學性能差的缺點提供了新的思路；且本方案中制備水凝膠的雙物理交聯法簡單易行、成本低廉，其中固定晶須取向更是制備各向異性水凝膠的一種新方法。

技術領域

本發明涉及一種含有纖維素納米晶須的超高強度各向異性水凝膠的制備方法，屬于復合材料、高分子功能材料領域。

背景技術

傳統水凝膠因在實際應用過程中存在強度不足、韌性較差的缺點，而被極大限制了在農業、生物醫藥、組織工程等諸多領域的應用。設計合理可行的網絡結構則是提高水凝膠力學性能的一大關鍵點，引入有效的能量耗散機制，使水凝膠在發生較大形變時依舊能在一定程度上維持其交聯網絡的完整性。目前研究人員設計構建了很多不同的水凝膠體系，較有代表性的高強度水凝膠包括拓撲水凝膠、雙網絡水凝膠、納米復合水凝膠等。(Yasushi Okumura,Kohzo Ito,Advanced Materials,2001,13,485-487.Gong J.P.,Katsuyama Y.；Kurokawa T.,Advanced Materials,2003,15,1155-1158.Haraguchi K.,Takehisa T.,Advanced Materials,2002,14,1120-1124.)其中，納米復合水凝膠的三維交聯網絡由較“硬”的納米填料和聚合產生的“軟”的基底聚合物分子鏈結合形成，具體可通過物理或化學相互作用，或兩種交聯方式并存的方式完成交聯。而隨著近年來對可再生資源纖維素材料的廣泛關注，纖維素納米晶體在復合水凝膠材料中的應用也逐漸增多。據報道，具有親水性表面的纖維素納米晶體的加入可有效提高納米復合水凝膠的力學強度，在一定條件下還利于如可注射性、自愈合性等功能化水凝膠的制備。(Yang J.,Zhao J.J.,HanC.R.,Cellulose,2014,21,541-551.Rui M.A.Domingues,Marta Silva,PavelGershovich,Bioconjugate Chem.,2015,26,1571-1581.Jason R.McKee,Eric A.Appel,Jani Seitsonen,Advanced Functional Materials,2014,24,2706-2713.)同時有研究發現，靜電作用、疏水作用、離子配位作用等物理相互作用被視為可再生的“犧牲鍵”，能取代傳統水凝膠網絡中的不可逆共價鍵，從而增強其抗疲勞強度和自恢復性能。(Tao Lin Sun,Takayuki Kurokawa,Shinya Kuroda,Nature Materials,2013,12,932-937.Zhang T.,Cheng Q.,Ye D.,Carbohydrate Polymers,2017,169,139-148.Peng Lin,Shuanhong Ma,Xiaolong Wang,Advanced Materials,2015,27,2054-2059.)

本發明方法以具有高模量、高長徑比的纖維素納米晶須為納米填料，在傳統納米復合水凝膠網絡中不僅發揮提高力學強度的作用，還能作為多功能交聯劑，利于納米填料與基質之間的界面相容性。此外，受有序結構如力學性能優異的軟骨、肌肉等軟組織的啟發，本發明中試圖在預拉伸的聚合網絡中固定的纖維素納米晶須取向，由此制備力學性能超高的高度有序納米復合水凝膠。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種含有纖維素納米晶須的超高強度各向異性水凝膠的制備方法。

本發明的制備方法包括如下步驟：

一種含有纖維素納米晶須的超高強度各向異性水凝膠的制備方法，包括如下步驟：