[发明专利]新型高强度微凝胶复合水凝胶

说明书

技术领域

本发明涉及水凝胶，特别涉及一种高强度为凝胶复合新型水凝胶。

背景技术

凝胶（gels）是指不溶于任何溶剂的具有三维网络结构的高分子及其溶胀体，其质软而湿润，看起来象固体材料，但是它能够随着环境的变化而具有形变性，

这与传统的钢铁、塑料等干硬的材料区别很大。凝胶根据所含的溶剂可以分成三

类：以水为溶剂的水凝胶（hydrogels）、以非水性有机物质为溶剂的油性凝胶（lipogels）以及气性凝胶（aerogels）。其中以水凝胶最为常见。

水凝胶是线性高分子链通过交联形成的三维网状聚合物，在水中能够溶胀并保持大量水分而不溶解。由于分子结构中含有大量亲水基团,因而可以吸收自身重量几百倍甚至几千倍的水，而且保水能力也很强，即使在加压的情况下也不易脱水。由于含水量高，多数的水凝胶具有优异的生物适应性。作为高分子吸水性材料，水凝胶可以广泛应用于食品土建、石油化工、农林园艺、医疗卫生等方面。但由于绝大部分传统水凝胶的机械性能都很差，限制了其在各领域中的实际应用。目前虽然有一系列的方法可被用来改善凝胶的强度，如提高交联密度、纤维增强以及通过与具有较好机械性能的单体形成共聚凝胶等，但这些方法往往会损失凝胶原有的特性如亲水性、透明性或渗透性等。

近年来，从不同的角度出发制备高强度的水凝胶受到了国内外很多学者的关

注，并取得了一些进展。国内的一些文献对高强度水凝胶在某些方面的进展也做了综述，例如刘莲英等综述了水凝胶在高吸水率时提高膨胀强度的研究，王雪珍等综述了制备具有规整结构的高强度水凝胶的研究进展，熊丽君等对锉藻土复合水凝胶在2006年以前的工作做了介绍，胡小红等介绍了用于软骨修复的水凝胶，最近吕东等综述了无机纳米复合水凝胶的研究进展。由于高强度水凝胶在生物方面的用途和前景，制备高强度水凝胶受到了越来越多的关注，也出现了一些新的提高水凝胶强度的方法。

自从1949年Baker提出微凝胶的概念以来，绝大多数微凝胶描述的是粒径是10～1000nm的分子内交联的高分子网络结构。在合适溶剂中溶胀的交联微凝胶，由于它们柔软而受到材料科学家们的广泛关注，微凝胶由于具有交联结构而具有比其他体系更稳定的机械性能。例如将微凝胶物理分散到大块水凝胶体系中，该水凝胶的强度则有一些提高。

微凝胶是纳米级的粒子，容易在其表面进行改性，因此微凝胶可分为不具有反应活性的微凝胶和具有反应活性的反应性微凝胶。在反应性微凝胶的表面引入的功能基团后，可以进行很多的后续反应，可以说是万能的粒子聚合体。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种具有稳定的机械性能、高强度、高吸水性的复合水凝胶。

为了实现以上发明目的，本发明采用以下技术方案：一种新型高强度微凝胶复合水凝胶，按重量百分比计包括以下组分：2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸30%～70%；丙烯酰胺5%～20%；N-羟甲基丙烯酰胺5%～10%；水10%～50%； 纳米粘土2%～5%。

所述纳米粘土为锂藻土或纳米蒙脱土。

反应性微凝胶作为多功能交联剂已成功应用到光聚合薄膜和热固性树脂以提高它们的机械特性。采用反应性微凝胶作为交联剂的微凝胶复合水凝胶，理论上可以提高水凝胶的强度。通过辐射、过氧化、干燥、加热等后处理方法可以使聚合物交联而制备交联结构体系。丙烯酰胺（AM）的酞胺基和N-羟甲基丙烯酞胺（NMA）的羟甲基在合适的温度下能够发生化学反应。

因此，将含羟甲基的丙烯酞胺微凝胶预先弥散于丙烯酞胺聚合物中，再通过加热处理发生交联，可以通过后交联法制备微凝胶复合水凝胶。采用AM和2-丙烯酰胺基-二甲基丙磺酸（AMPS）作为主要单体，用NMA作为功能单体，首先利用反相乳液聚合得到含有羟甲基的反应性微凝胶，再将这种微凝胶粒子分散到AM和AMPS的水溶液中并进行自由基聚合得到微凝胶复合聚合物，最后将这种微凝胶复合聚合物或先部分脱水的微凝胶复合聚合物在加热发生交联，就可以得到微凝胶复合水凝胶。