[發(fā)明專利]一種蜂窩狀氫氧化鋯納米復(fù)合水凝膠及其制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010041352.7
• 申請(qǐng)日: 2020-01-15
• 公開（公告）號(hào): CN111138585A
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姜浩洋;李歡軍;唐建國(guó)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 青島大學(xué)
• 主分類號(hào): C08F220/06
• 分類號(hào): C08F220/06;C08F220/56;C08F2/48;C08K3/22;C08J3/075
• 代理公司: 濟(jì)南金迪知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37219
• 代理人: 陳桂玲

本發(fā)明公開了一種蜂窩狀氫氧化鋯納米復(fù)合水凝膠，是以氫氧化鋯納米溶膠，加入丙烯酸與丙烯酰胺單體攪拌后，再在該溶液中加入光引發(fā)劑，混合均勻后注入模具中密封，在紫外光引發(fā)的條件下進(jìn)行原位自由基聚合反應(yīng)，生成蜂窩狀氫氧化鋯納米復(fù)合水凝膠。本發(fā)明拓寬了納米復(fù)合水凝膠的范圍，提供的蜂窩狀氫氧化鋯納米復(fù)合水凝膠力學(xué)強(qiáng)度達(dá)到了人工肌肉的強(qiáng)度要求，預(yù)示本發(fā)明的復(fù)合水凝膠有望用于仿生軟機(jī)器人的構(gòu)建，或作為電驅(qū)動(dòng)器在仿生人工肌肉及微流控閥門領(lǐng)域得到應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種水凝膠及其制備與應(yīng)用，尤其涉及一種蜂窩狀氫氧化鋯納米復(fù)合水凝膠及其制備方法，屬于復(fù)合材料制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

水凝膠是一種具有三維網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)且在水中溶脹但不溶解的高分子材料，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部含有大量親水性基團(tuán)，可以有效鎖住水分子，因此，這種水含量接近于人體及動(dòng)植物組織的材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域如人造關(guān)節(jié)軟骨、隱形眼鏡方面有廣泛的應(yīng)用前景。然而傳統(tǒng)化學(xué)交聯(lián)的水凝膠機(jī)械強(qiáng)度較差，脆性較大，難以滿足實(shí)際應(yīng)用中兼對(duì)應(yīng)力和應(yīng)變的要求。這極大地限制了水凝膠在許多方面的應(yīng)用。

目前，解決水凝膠力學(xué)性能較差的方法主要是改善凝膠網(wǎng)絡(luò)中的交聯(lián)情況，提供更多的能量耗散途徑。迄今為止，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)水凝膠、雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠、離子交聯(lián)水凝膠和納米復(fù)合水凝膠能夠極大地改善網(wǎng)絡(luò)的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，使能量不會(huì)集中于一點(diǎn)而造成材料的斷裂。其中已有研究報(bào)道將納米粒子加入到聚合物水凝膠中提高其力學(xué)強(qiáng)度的方法，將兩種組分通過(guò)一定條件融合后得到優(yōu)于兩種組分的復(fù)合材料。例如將納米二氧化鈦、二氧化硅加入到聚合物體系中，得到具有優(yōu)異機(jī)械性能的納米復(fù)合水凝膠。還有研究者將二氧化硅表面運(yùn)用硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行改性后與單體進(jìn)行聚合，得到力學(xué)強(qiáng)度與延展性都較好的納米復(fù)合水凝膠。但是，上述技術(shù)存在的問(wèn)題是：由于納米材料的小尺寸效應(yīng)，納米粒子極易發(fā)生團(tuán)聚，因此在凝膠體系中的分散性較差，單純作為添加劑或填充物時(shí)，雖然用于交聯(lián)的納米粒子提供了一定的力學(xué)支撐，但團(tuán)聚的部分反而會(huì)使材料的力學(xué)性能減弱，無(wú)法滿足材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域如人體組織支架方面的應(yīng)用要求。因此，尋求一種高強(qiáng)度氫氧化鋯納米復(fù)合水凝膠及其制備方法，使制備的水凝膠力學(xué)性能達(dá)到人體關(guān)節(jié)軟骨的強(qiáng)度范圍成為目前迫切要解決的課題。經(jīng)檢索，有關(guān)高強(qiáng)度的蜂窩狀氫氧化鋯納米復(fù)合水凝膠及其制備方法還未見(jiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明要解決的問(wèn)題是提供一種蜂窩狀氫氧化鋯納米復(fù)合水凝膠及其制備方法。

本發(fā)明所述的蜂窩狀氫氧化鋯納米復(fù)合水凝膠，其特征在于：所述復(fù)合水凝膠由氫氧化鋯納米溶膠、丙烯酸與丙烯酰胺單體和余量的水構(gòu)成，其組分含量是：以10ml量的復(fù)合水凝膠計(jì)，氫氧化鋯納米溶膠為1wt％～12wt％，摩爾比為9:1～1:9的丙烯酸與丙烯酰胺單體濃度總和為1～3mol/L，余量為水；所述復(fù)合水凝膠的孔徑尺寸為 0.1μm～1μm，斷裂伸長(zhǎng)率為200％～750％，斷裂強(qiáng)度為200KPa～850KPa。

上述的蜂窩狀氫氧化鋯納米復(fù)合水凝膠，優(yōu)選的實(shí)施方式是：所述復(fù)合水凝膠由氫氧化鋯納米溶膠、丙烯酸與丙烯酰胺單體和余量的水構(gòu)成，其組分含量是：以10ml 量的復(fù)合水凝膠計(jì)，氫氧化鋯納米溶膠為4wt％～12wt％，摩爾比為7:1～1:7的丙烯酸與丙烯酰胺單體濃度總和為1～2mol/L，余量為水；所述復(fù)合水凝膠的孔徑尺寸為 0.2μm～0.6μm，斷裂伸長(zhǎng)率為230％～550％，斷裂強(qiáng)度為500KPa～830KPa。

上述的蜂窩狀氫氧化鋯納米復(fù)合水凝膠，最優(yōu)選的實(shí)施方式是：所述復(fù)合水凝膠由氫氧化鋯納米溶膠、丙烯酸與丙烯酰胺單體和余量的水構(gòu)成，其組分含量是：以10ml 量的復(fù)合水凝膠計(jì)，氫氧化鋯納米溶膠為8wt％，摩爾比為5:5的丙烯酸與丙烯酰胺單體濃度總和為2mol/L，余量為水；所述復(fù)合水凝膠的孔徑尺寸為0.3μm～0.5μm，斷裂伸長(zhǎng)率為230％～250％，斷裂強(qiáng)度為800KPa～830KPa。

本發(fā)明所述蜂窩狀氫氧化鋯納米復(fù)合水凝膠的制備方法，步驟是：