[發(fā)明專利]一種水滑石基雙網(wǎng)絡(luò)納米復(fù)合水凝膠及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910402313.2
• 申請日: 2019-05-14
• 公開（公告）號: CN110105483B
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 宋宇飛;刁淑靜;林長亙;楚進(jìn)鋒
• 申請（專利權(quán)）人: 北京化工大學(xué)
• 主分類號: C08F120/56
• 分類號: C08F120/56;C08F220/56;C08F220/58;C08K9/04;C08K9/08;C08K3/26;C08J3/075
• 代理公司: 北京太兆天元知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11108
• 代理人: 王宇

本發(fā)明公開了一種水滑石基雙網(wǎng)絡(luò)納米復(fù)合水凝膠及其制備方法。該方法為：1)采用水熱法合成三羥甲基氨基甲烷共價修飾的水滑石，然后引入氧化多聚糖形成席夫堿動態(tài)共價鍵，構(gòu)建水凝膠第一網(wǎng)絡(luò)；2)加入單體，利用水滑石與單體之間的靜電作用、氫鍵相互作用，構(gòu)建水凝膠第二網(wǎng)絡(luò)；3)加入引發(fā)劑和催化劑，引發(fā)自由基聚合，形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即得到水滑石基雙網(wǎng)絡(luò)納米復(fù)合水凝膠。相較于傳統(tǒng)水凝膠，本發(fā)明制備的水凝膠具有非常優(yōu)異的性能，能拉伸至原始長度的2939％不會斷裂，壓縮至原始高度的90％也不破裂，并且壓縮應(yīng)力能夠達(dá)到11.53Mpa，溶脹率可以達(dá)到1140，并且具有很好的循環(huán)穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高分子材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種水滑石基雙網(wǎng)絡(luò)納米復(fù)合水凝膠及該水凝膠的制備方法。

背景技術(shù)

水凝膠是一類由親水性聚合物通過物理或者化學(xué)交聯(lián)的方式而形成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。其最大特征在于表觀上為固體，但其內(nèi)部分子間含有大量的溶劑水。相對于其他材料而言，水凝膠具有很高的含水量，可塑性，生物相容性，結(jié)構(gòu)可調(diào)性等諸多特征。目前，水凝膠在組織工程、藥物靶向釋放、仿生技術(shù)、3D打印等領(lǐng)域有著非常廣泛的研究。

在傳統(tǒng)水凝膠的制備過程中通常所用到的有機(jī)物N,N-亞甲基雙丙烯酰胺(BIS)交聯(lián)劑往往會造成水凝膠網(wǎng)絡(luò)中交聯(lián)區(qū)域不均勻，既存在高交聯(lián)又存在低交聯(lián)區(qū)域，這種不均勻的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)則會導(dǎo)致外界應(yīng)力主要作用于高交聯(lián)區(qū)域內(nèi)的短鏈聚合物上而引發(fā)水凝膠斷裂，因此傳統(tǒng)的水凝膠通常面臨機(jī)械性能差的問題，針對機(jī)械性能差的問題，先前的研究者們制備出了滑環(huán)水凝膠、雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠及納米復(fù)合水凝膠來解決這個問題。納米復(fù)合水凝膠是一種將納米材料如無機(jī)黏土、氧化石墨烯等，通過原位聚合等方式復(fù)合進(jìn)入水凝膠三維網(wǎng)絡(luò)的一種新型材料。納米復(fù)合水凝膠兼有水凝膠與納米材料的優(yōu)點(diǎn)，并且借助兩者之間的協(xié)同作用能夠產(chǎn)生出單一材料所不具備的新性能。已有研究結(jié)果表明，納米材料作為物理交聯(lián)劑，與水凝膠聚合物網(wǎng)絡(luò)之間存在著范德華、氫鍵、靜電等弱相互作用；然而，這種通過弱相互作用進(jìn)行交聯(lián)的水凝膠，盡管能夠承受大幅度的拉伸與壓縮，但往往拉伸與壓縮的模量低、強(qiáng)度弱，并且在長期使用過程中納米粒子易于流失，循環(huán)穩(wěn)定性差等問題。

發(fā)明內(nèi)容

基于現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明目的在于制備一類機(jī)械性能優(yōu)異并且具有良好循環(huán)穩(wěn)定性的水凝膠。相較于傳統(tǒng)水凝膠，本發(fā)明制備的水凝膠具有非常優(yōu)異的性能，能拉伸至原始長度的2939％不會斷裂，壓縮至原始高度的90％也不破裂，并且壓縮應(yīng)力能夠達(dá)到11.53Mpa，溶脹率可以達(dá)到1140，并且具有很好的循環(huán)穩(wěn)定性。

本發(fā)明所述的水滑石基雙網(wǎng)絡(luò)納米復(fù)合水凝膠的制備方法：1)采用水熱法合成三羥甲基氨基甲烷共價修飾的水滑石，然后引入氧化多聚糖形成席夫堿動態(tài)共價鍵，構(gòu)建水凝膠第一網(wǎng)絡(luò)；2)加入單體，利用水滑石與單體之間的靜電作用、氫鍵相互作用，構(gòu)建水凝膠第二網(wǎng)絡(luò)；3)加入引發(fā)劑和催化劑，引發(fā)自由基聚合，形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即得到水滑石基雙網(wǎng)絡(luò)納米復(fù)合水凝膠。

本發(fā)明所述的水滑石基雙網(wǎng)絡(luò)納米復(fù)合水凝膠的具體制備步驟為：

1)將5-20mg三羥甲基氨基甲烷共價修飾的水滑石分散于1mL的水中，在攪拌條件下加入20-60mg氧化多聚糖，反應(yīng)8-20h后得到含有席夫堿的溶液；

2)0℃下，向步驟1)得到的含有席夫堿的溶液中加入100-1000mg單體，超聲3-10min；

3)氮?dú)夥障拢偌尤脒^硫酸銨20mg，N,N,N’,N’-四甲基乙二胺5μL，超聲分散后靜置12-36h得到水滑石基雙網(wǎng)絡(luò)納米復(fù)合水凝膠。

所述的氧化多聚糖為葡聚糖、海藻酸鈉、殼聚糖、纖維素、透明質(zhì)酸中的一種或幾種氧化得到的氧化多聚糖，氧化度為0-50％。采用氧化多聚糖可避免多聚糖分子量發(fā)生改變。