[發明專利]一種溫敏型高強韌納米復合水凝膠及其制備方法

有效

• 申請號: 201810419904.6
• 申請日: 2018-05-04
• 公開（公告）號: CN108794768B
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發明（設計）人: 徐婷;陳靜;姜金華;馮兢;張華;付俊
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: C08J3/075
• 分類號: C08J3/075;C08F220/54;C08F220/60;C08F222/38;C08F2/44;C08K3/34;C08L33/24
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 黃前澤

本發明公開了一種溫敏型高強韌納米復合水凝膠及其制備方法。本發明由N?異丙基丙烯酰胺單體、帶有酰胺鍵的陽離子型單體、引發劑、化學交聯劑、物理交聯劑、催化劑和水經化學反應制得。本發明制備方法，首先將物理交聯劑均勻分散在水中，隨后加入N?異丙基丙烯酰胺單體和帶有酰胺鍵的陽離子型單體，完全溶解后加入預先用水溶解的引發劑和化學交聯劑，最后加入催化劑，得到水凝膠。本發明采用物理交聯劑和少量化學交聯劑共同交聯制備水凝膠，賦予了水凝膠一種高效的能量耗散機制；同時引入帶有酰胺鍵的陽離子型單體，在不改變聚(N?異丙基丙烯酰胺)水凝膠低臨界溶解溫度的基礎上，使水凝膠具有更優良的力學性能。

技術領域

本發明屬于高分子水凝膠技術領域，涉及一種溫敏型高強韌納米復合水凝膠及其制備方法，具體涉及一種采用物理交聯劑和少量化學交聯劑作為交聯體系、同時引入一種帶有酰胺鍵的陽離子型單體制備溫敏型高強韌納米復合水凝膠的方法。

背景技術

高分子水凝膠材料是一類內部含有大量水的三維聚合物網絡。傳統的高分子水凝膠是由化學交聯劑交聯而成的，化學交聯是通過在分子鏈之間形成共價鍵實現交聯的，由于共價交聯點在水凝膠網絡中分散不均勻，且水凝膠網絡中缺少能量耗散機制，使得水凝膠的非常脆弱，容易破裂，這大大地限制了水凝膠的應用。

刺激響應型水凝膠是一類具有非常廣闊應用前景的水凝膠。在外界環境如pH、光、電、磁場、離子等刺激下，凝膠會產生相應的改變，在宏觀上表現為體積、形狀、吸水率、表面滲透等特征的變化。在眾多的刺激信號中，溫度是最容易操作實施的刺激信號之一。具有溫度刺激響應的水凝膠又稱溫敏型水凝膠，聚(N-異丙基丙烯酰胺)水凝膠是最具有代表性的溫敏型水凝膠之一。聚(N-異丙基丙烯酰胺)水凝膠在溫度變化下能夠產生可逆體積相變的特性，使其在微流閥、反應控制、形狀記憶、生物醫學等領域具有廣闊的應用前景。但是，聚(N-異丙基丙烯酰胺)水凝膠仍存在力學性能差、響應速度慢等問題，使得水凝膠的應用受到了限制。

公開號CN103980440A的專利公開了一種半互穿智能水凝膠及其制備方法，以N-異丙基丙烯酰胺為單體，以聚乙二醇雙丙烯酸酯和聚己內酯雙丙烯酸酯為交聯劑，以偶氮二異丁氰為引發下制備的水凝膠，其表現出良好的力學性能。公開號CN105924588A的專利公開了一種以甲基丙烯酸封端的二季戊四醇聚己內酸酯(DPCLMAC)為六臂交聯劑的聚(N-異丙基丙烯酰胺)水凝膠，顯著改善了水凝膠的力學性能。但是，上述專利中所采用的方法制備的水凝膠的力學性能仍有提高的空間。

發明內容

本發明的目的在于解決現有技術中溫敏型水凝膠力學性能較差的問題，提供了一種溫敏型高強韌納米復合水凝膠。

本發明實現以上述技術目的，所采用的技術方案是：

一種溫敏型高強韌納米復合水凝膠，由N-異丙基丙烯酰胺單體、帶有酰胺鍵的陽離子型單體、引發劑、化學交聯劑、物理交聯劑、催化劑和水經化學反應制得。

所述的水凝膠的拉伸斷裂應變為1300-3500％，拉伸強度為120-200kPa，壓縮強度為3-5MPa。所述水凝膠的低臨界溶解溫度為32.5±0.5℃，當凝膠所處溫度高于(低于)此溫度時，凝膠表現出疏水(親水)特性。

所述的帶有酰胺鍵的陽離子型單體的結構式如式Ⅰ所示：

其中，X^-代表鹵素離子；R₁、R₂、R₃和R₄代表烷基，可相同也可不同，碳原子個數為1～6范圍內的整數；亞甲基的個數n為1～10范圍內的整數。

所述的物理交聯劑為納米蒙脫土、納米高嶺土、納米凹凸棒土、合成粘土硅酸鎂鋰等粘土(clay)的一種或多種，其用量為每升水中溶解30-55g納米粘土。