[发明专利]一种在特定温度范围内透明的超强水凝胶及其制备方法

说明书

本发明提供了一种在特定温度范围内透明的超强水凝胶及其制备方法，本发明水凝胶的起始原料为纤维素和丙烯酰胺。本发明水凝胶的一种制备方法包括如下步骤：S1、对纤维素进行醚化或者环丙烷处理醚化引入甲基，制得甲基纤维素；S2、通过硝酸铈铵均相氧化还原体系引发烯类单体聚合，制备得到在特定温度范围内透明的超强水凝胶。本发明通过调控纤维素的含量来改变透明度的区间，同时使用离子来调节临界溶解温度。本发明的水凝胶具有优异的机械性能和可控温度响应性能，在目前已经出现的热响应水凝胶行列拥有相对较高的力学性能，具有很高的应用价值和前景，例如用于新型温度计及温敏导电材料的制备。

技术领域

本发明属于水凝胶材料技术领域，具体涉及一种在特定温度范围内透明的超强水凝胶及其制备方法。

背景技术

环境响应型水凝胶是柔软且“智能”的聚合物网络，可响应如温度，pH，离子，电场，酶和光等外部刺激，具有显著的体积变化。由于具备这一特性，环境响应型水凝胶应用在很多重要领域当中，例如传感器，执行器，药物封装和输送，以及油清理。可控温度响应水凝胶因为易于使用温度触发水凝胶“聪明”的回应，成为了环境响应水凝胶中最常见的研究类型。各种可控温度响应水凝胶已得到了广泛应用，其中PNIPAM是目前较为普及的一种，PNIPAM自身的透明度可以随着温度发生变化，但PNIPAM由于自身性质原因，其自身透明度在温度响应的应用上很难实现精确控制。

另外，大多数报道的水凝胶表现出较差的机械强度和韧性，严重限制了它们的应用。近年来，研究人员深入研究了各种水凝胶消散能量的不同机制，包括双网水凝胶，纳米复合水凝胶，拓扑水凝胶，根据能量耗散机制设计的水凝胶克服了这一缺点，这些坚韧的水凝胶具有显著的综合力学性能，并大大扩展了应用范围。可是目前在热响应水凝胶方面强度一直没有大的提升，因此在很大程度上限制了热响应水凝胶自身的应用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种在特定温度范围内透明的超强水凝胶及其制备方法。

本发明提供了一种在特定温度范围内透明的超强水凝胶，所述在特定温度范围内透明的超强水凝胶结构式如下：

其中R为烷基、羟基、羟丙基或中的一种或两种以上基团的组合，n为整数且300≤n≤800，m为大于等于1的整数，所述在特定温度范围内透明的超强水凝胶适用的单体结构包括：

所述在特定温度范围内透明的超强水凝胶适用的离子包括：钾离子K⁺、钙离子Ca²⁺、钠离子Na⁺、镁离子Mg²⁺、铝离子Al³⁺、锌离子Zn²⁺、铁离子Fe³⁺、亚铁离子Fe²⁺、铜离子Cu²⁺、银离子Ag⁺和钡离子Ba²⁺。

本发明还提供了一种上述在特定温度范围内透明的超强水凝胶的制备方法，该方法是通过硝酸铈铵均相氧化还原体系引发烯类单体聚合反应接枝到纤维素主链，得到所述一种在特定温度范围内透明的超强水凝胶。

上述一种在特定温度范围内透明的超强水凝胶的制备方法包括如下步骤：

S1、将0～1.0重量份的甲基纤维素和0～5.0重量份的氯化钠在85℃下分散在20份溶剂中，得到分散液；本步骤中氯化钠可以替换成其他能够提供钠离子Na⁺、钾离子K⁺、钙离子Ca²⁺、镁离子Mg²⁺、铝离子Al³⁺、锌离子Zn²⁺、铁离子Fe³⁺、亚铁离子Fe²⁺、铜离子Cu²⁺、银离子Ag⁺或钡离子Ba²⁺的物质；