[發明專利]一種氮化硼填充的復合水凝膠及其制備方法

在審

• 申請號: 201811005707.6
• 申請日: 2018-08-30
• 公開（公告）號: CN109134888A
• 公開（公告）日: 2019-01-04
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 成都華點知享知識產權運營有限公司
• 主分類號: C08J3/075
• 分類號: C08J3/075;C08L5/12;C08L5/00;C08L89/00;C08L29/04;C08K7/00;C08K3/38
• 代理公司: 成都華風專利事務所(普通合伙) 51223
• 代理人: 杜朗宇;茍銘

本發明提供一種無機微米級氮化硼填充的復合水凝膠及其制備方法，通過超聲協助的方法將無機物氮化硼高度填充在水凝膠前驅液中，使其穩定分散在水凝膠網絡中，得到高硬度高導熱能力的無機?有機復合水凝膠。水凝膠既有聚合物又有無機物的剛性，同時賦予了水凝膠高導熱能力，從而拓寬其應用。該復合水凝膠由水凝膠和均勻分散在水凝膠網絡中的無極微米級氮化硼組成，復合水凝膠熱導率為9.087～13.462W/(m·K)，壓縮強度在應變為80％時為17～35MPa。本發明實現用一種簡單、便捷的方式有效改善水凝膠的導熱能力，同時賦予一定的機械性能。

技術領域

本發明屬于復合材料科學領域，具體涉及一種氮化硼填充的水凝膠及其制備方法。

背景技術

水凝膠(Hydrogel)是以水為分散介質的凝膠。具有網狀交聯結構的水溶性高分子中引入一部分疏水基團和親水殘基，親水殘基與水分子結合，將水分子連接在網狀內部，而疏水殘基遇水膨脹的交聯聚合物，是一種高分子網絡體系，性質柔軟，能保持一定的形狀，能吸收大量的水。隨著國內外市場需求量的不斷增長,近年來水凝膠得到了快速發展。高分子水凝膠具有生物相似相容性、高吸水性和刺激響應性，因此在很多領域具有廣泛的應用價值，如組織工程、藥物遞送、衛生材料、分離材料、水土保持、建筑材料和吸附材料等領域，并取得了可觀的經濟效益。水凝膠有很多種類，按其大小形狀的不同，可分為宏觀水凝膠和微觀水凝膠。按其高分子材料來源的不同，可分為合成高分子水凝膠和天然高分子水凝膠。按其三維網絡鍵合方式的不同，可分為物理凝膠和化學凝膠。物理凝膠是通過物理作用力如氫鍵、靜電作用、鏈的纏繞等形成，是非永久性的；而化學凝膠則由化學鍵交聯形成，是永久性凝膠。另外，按其對外界環境響應程度的不同，可分為傳統型水凝膠和智能型水凝膠。傳統型水凝膠對外界環境的變化響應性慢，甚至無響應；而智能型水凝膠能夠對外部環境的微小變化或刺激，在物理結構或化學性質上做出相應的變化，這種變化往往還是可逆的。

高分子水凝膠生物相容性好，具有濕軟的特性，與人體組織組分相似，在藥物控釋、組織工程和生物傳感器等領域都具有廣闊的應用前景。合成高分子水凝膠的生物相容性和生物降解性很差，強度或硬度不高限制了其應用范圍，而且水凝膠的導熱性較差，但軟骨組織替代的應用中易發生局部熱量堆積，這對人體組織的生長和再生不利。因此對水凝膠的導熱性研究成為近年來的一個研究熱點。

在現有技術中，已有工作提出通過引入改性后的氮化硼納米片來提高水凝膠的導熱能力，如發表在《ACS Nano》(ACS Nano,2017,11,3742-3751)的羥基化氮化硼納米片和聚乙烯醇納米復合水凝膠；發表在《先進材料》(Advanced Material,2015,27,7196-7203)的邊羥基化的氮化硼和聚(N-異丙基丙烯酰胺)復合水凝膠。氮化硼與石墨具有相似的六方層狀結構，其本身固有的硬度高，導熱性好，化學穩定性好，與石墨不同的是氮化硼不導電，為電絕緣體。但是氮化硼的水溶性差，在水中分散性不穩定，因此以上方法中均需要對六方氮化硼進行羥基化改性，羥基與水產生氫鍵，可以促進其水溶性。然而，對氮化硼改性的過程繁瑣復雜，且會引入其他雜質粒子，其生物相容性受到影響。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種氮化硼填充的復合水凝膠及其制備方法，實現用一種簡單、便捷的方式有效改善水凝膠的導熱能力，同時賦予一定的機械性能。

針對以上發明目的，本發明通過超聲協助的方法將無機物氮化硼高度填充在水凝膠前驅液中，使其穩定分散在水凝膠網絡中，得到高硬度高導熱能力的無機-有機復合水凝膠。水凝膠既有聚合物又有無機物的剛性，同時賦予了水凝膠高導熱能力，從而拓寬其應用。

本發明提供的無機微米級氮化硼填充的復合水凝膠，該復合水凝膠由水凝膠和均勻分散在水凝膠網絡中的無極微米級氮化硼組成，復合水凝膠熱導率為9.087～13.462W/(m·K)，壓縮強度在應變為80％時為17～35MPa。

進一步地，復合水凝膠中親水性大分子的質量含量為10％～20％。