[發明專利]一種小分子交聯劑增韌水凝膠及其制備方法

有效

• 申請號: 202110279058.4
• 申請日: 2021-03-16
• 公開（公告）號: CN113024844B
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發明（設計）人: 胡小賽;李子銀;葛元宇;劉世文;朱騫
• 申請（專利權）人: 鹽城工學院
• 主分類號: C08J3/075
• 分類號: C08J3/075;C08L33/26;C08L33/02;C08K5/42
• 代理公司: 南京禹為知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32272
• 代理人: 康偉

本發明公開了一種小分子交聯劑增韌水凝膠及其制備方法，所述小分子交聯劑增韌水凝膠由水凝膠材料和小分子交聯劑組成；其中，所述水凝膠材料由高分子聚合物作為基材組成；所述小分子交聯劑為苯磺酸衍生物。本發明通過將苯磺酸衍生物引入到聚合物網絡體系中，協同優化了水凝膠的網絡結構及能量耗散機制，構建了具有高效能量耗散的均勻網絡結構特征的水凝膠材料，使得水凝膠破壞的三維網絡能夠高效重建，顯著改善了水凝膠的抗疲勞等力學性能。

技術領域

本發明屬于水凝膠材料技術領域，具體涉及到一種小分子交聯劑增韌水凝膠及其制備方法。

背景技術

水凝膠由于其在污水處理、農業、醫療保健、電子器件等領域有著巨大的發展前景而受到廣泛的關注。其中，抗疲勞性能是評價高性能水凝膠的重要參數。然而，傳統的水凝膠由于抗疲勞性能較差限制了其應用范圍。為了提高凝膠的抗疲勞性能，目前主要通過在水凝膠聚合物網絡結構里引入有效能量耗散機制。例如，Yang（Adv. Mater., 2018, 30,1707071）報道了一種利用離子-共價鍵交聯的聚丙烯酰胺/殼聚糖（PAM/CS）水凝膠，通過使用MBA/Na₃Cit作為雙交聯劑，利用離子鍵的斷裂重組來耗散能量，從而改善了該水凝膠的抗疲勞性能。這種PAM/CS水凝膠在15min的恢復時間內恢復了67%的彈性模量（E）和50%的耗散能（DE）。在200%應變條件下，經過10次拉伸加載-卸載循環后，PAM/CS水凝膠仍能保持約20%DE；Hu（Macromolecules, 2016, 49, 5660）用粘土和Fe³⁺作為雙交聯劑制備了PAM/聚丙烯酸（PAM/PAA）水凝膠。這種PAM/PAA水凝膠在15min的恢復時間后仍能保持32%的E和35%的DE。在800%應變下，經過10次拉伸加載-卸載循環后仍能保持較高的DE。上述方法盡管可以在一定程度上改善水凝膠的抗疲勞性能，但是忽略了水凝膠聚合物網絡結構的均勻性對其抗疲勞性能的影響。因為不均勻的網絡結構容易導致應力集中，進而加速對水凝膠網絡的破壞，造成抗疲勞性能不佳。

發明內容

本部分的目的在于概述本發明的實施例的一些方面以及簡要介紹一些較佳實施例。在本部分以及本申請的說明書摘要和發明名稱中可能會做些簡化或省略以避免使本部分、說明書摘要和發明名稱的目的模糊，而這種簡化或省略不能用于限制本發明的范圍。

鑒于上述和/或現有技術中存在的問題，提出了本發明。

本發明的一個目的是提供一種小分子交聯劑增韌水凝膠，通過將苯磺酸衍生物引入到聚合物網絡體系中，協同優化了水凝膠的網絡結構及能量耗散機制，構建了具有高效能量耗散的均勻網絡結構特征的水凝膠材料，使得水凝膠破壞的三維網絡能夠高效重建，顯著改善了水凝膠的抗疲勞等力學性能。

為解決上述技術問題，本發明提供了如下技術方案：一種小分子交聯劑增韌水凝膠，由水凝膠材料和小分子交聯劑組成；

其中，所述水凝膠材料由高分子聚合物作為基材組成；

所述小分子交聯劑為苯磺酸衍生物。

作為本發明小分子交聯劑增韌水凝膠的一種優選方案，其中：所述高分子聚合物由高分子單體聚合而成，所述高分子單體包括丙烯酰胺、N-叔丁基丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、丙烯酸、丙烯酸異辛酯丙烯酸異丁酯中的一種或多種。

作為本發明小分子交聯劑增韌水凝膠的一種優選方案，其中：所述高分子聚合物的含量為水凝膠重量的5~40wt％。

作為本發明小分子交聯劑增韌水凝膠的一種優選方案，其中：所述苯磺酸衍生物包括苯磺酸、苯磺酸納、1-氨基-2-萘酚-4-磺酸、間二甲苯-4-磺酸水合物、對氨基苯磺酸中的一種或多種。

作為本發明小分子交聯劑增韌水凝膠的一種優選方案，其中：所述小分子交聯劑加入量為高分子單體加入量的0.1~20wt%。

本發明的另一個目的是提供一種小分子交聯劑增韌水凝膠的制備方法，包括，