[發明專利]一種水凝膠復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202011182045.7
• 申請日: 2020-10-29
• 公開（公告）號: CN112250895B
• 公開（公告）日: 2022-10-21
• 發明（設計）人: 劉吉;張俊;葛锜;丘龍斌
• 申請（專利權）人: 南方科技大學
• 主分類號: C08J5/12
• 分類號: C08J5/12;C08J3/075;C08L29/04;C08L33/26;C08L33/02;C08L33/24;C08L33/14;C08L5/04;C08K3/16;C08K3/32
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 潘登

本發明提供一種水凝膠復合材料及其制備方法。所述水凝膠復合材料包括水凝膠材料和界面材料，所述水凝膠材料和界面材料間由礦化形成的無機納米結晶堆砌連接，所述界面材料包括水凝膠、彈性體、陶瓷、塑料或金屬中的任意一種。本發明所述水凝膠復合材料，由于水凝膠材料和界面材料間以礦化形成的無機納米結晶聚集體，因此可以滿足水凝膠與不同基底材料的強粘合作用。

技術領域

本發明屬于水凝膠材料技術領域，具體涉及一種水凝膠復合材料及其制備方法。

背景技術

水凝膠作為一種典型的軟物質材料，具有高含水量以及類細胞質的結構和性質，在鎖水保濕，污水處理，生物醫用，電子傳感等諸多領域擁有潛在的應用價值。單一的水凝膠材料一般很難滿足應用實際，往往需要與其它功能材料或輔助材料結合使用，存在水凝膠材料與不同材料界面粘合的難題。而傳統的水凝膠由于自身高含水的特點，易在材料界面形成水合層阻礙不同材料的粘附，材料界面粘附作用弱，限制了其與多種材料結合使用的應用前景。

目前為了解決水凝膠材料界面粘附作用弱的問題，提出的一些水凝膠粘合的方法存在諸多缺陷。例如，納米粒子可以搭建起水凝膠之間、水凝膠與生物組織之間的橋梁；借助帶相反電荷水凝膠間靜電相互作用，可以實現水凝膠之間的粘附，但是這些方法提供的粘附作用是極其微弱的，一般界面結合作用不會超過50J/m²；此外，基于主客體相互作用以及多巴胺類仿生粘附的設計，雖然具有較強的粘附作用，但是這種粘附作用缺乏穩定性，極易受到外界環境變化的影響而出現解粘合。通過化學共價鍵可以實現水凝膠與不同基底的強粘附作用，這種方法往往需要大量繁瑣的化學合成過程。

CN109868097A公開了一種用于粘結水凝膠材料與固體材料的粘結劑，為納米顆粒分散于溶劑中形成的分散液；所述納米顆粒的粒徑為30-70nm；所述分散液中，納米顆粒的濃度為15-25wt％；所述納米顆粒為羧基硅烷修飾的納米顆粒；所述溶劑為可以溶脹所述水凝膠的溶劑。該發明采用納米顆粒作為水凝膠材料與固體材料的粘接介質，可以將界面剝離韌性提升幾十倍。

因此，如何開發出一種操作簡單，安全穩定，同時滿足水凝膠與不同基底材料的強粘合作用具有重要的應用價值。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種水凝膠復合材料及其制備方法，本發明所述水凝膠復合材料中，由于水凝膠材料和界面材料間以礦化共沉積陰陽離子對緊密連接，因此可以滿足水凝膠與不同基底材料的強粘合作用。

為達此目的，本發明采用以下技術方案：

第一方面，本發明提供一種水凝膠復合材料，所述水凝膠復合材料包括水凝膠材料和界面材料，所述水凝膠材料和界面材料間由礦化形成的無機納米結晶堆砌連接，所述界面材料包括水凝膠、彈性體、陶瓷、塑料或金屬中的任意一種。

在本發明中，在所述水凝膠材料修飾上金屬陽離子，在所述界面材料上修飾是陰離子，金屬陽離子和陰離子形成礦化無機納米結晶，使得水凝膠材料和界面材料緊密連接，因此可以滿足水凝膠與不同基底材料(包括水凝膠、彈性體、陶瓷、塑料或金屬中的任意一種)的強粘合作用，粘結得到的水凝膠復合材料具有優異的力學性能，如拉伸強度和剪切強度。

優選地，所述水凝膠材料選自聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙烯酸酯類(如聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚羥乙基丙烯酸酯等)、聚丙烯酰胺類(如聚丙烯酰胺、聚(N,N-二甲基丙烯酰胺等)、或天然高分子類(如海藻酸鈉、殼聚糖、纖維素、透明質酸、明膠、卡拉膠、瓊脂等)等中的任意一種或至少兩種的組合。

優選地，所述界面材料中的水凝膠選自聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙烯酸酯類(如聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚羥乙基丙烯酸酯等)、聚丙烯酰胺類(如聚丙烯酰胺、聚(N,N-二甲基丙烯酰胺等)、或天然高分子類(如海藻酸鈉、殼聚糖、纖維素、透明質酸、明膠、卡拉膠、瓊脂等)等中的任意一種或至少兩種的組合。