[发明专利]一种电场驱动制备水凝胶基复合材料的方法及装置

说明书

本发明涉及一种电场驱动制备水凝胶基复合材料的方法及装置，主要是利用电场力的作用使带电微粒快速均匀地渗透进入水凝胶三维网络内部与之复合。与常规的浸渍吸附法相比，本发明具有显著的优势，如耗时短、载量大、均匀性好、材料利用率高并且不会破坏各组份材料的理化结构。更重要的是该方法具有普遍的适用性，可用于任何水凝胶材料与带电荷微粒材料之间的复合，极具工业批量生产应用潜力。

技术领域

本发明属于水凝胶领域，特别涉及一种电场驱动制备水凝胶基复合材料的方法及装置。

背景技术

水凝胶是一类具有三维高分子网络结构的材料，关于这类的材料存在着多种不同的定义。一般来说，研究比较广泛的水凝胶材料不仅要具有交联的网络结构，还具有一定的亲水性，结构中含有大量水分，在以水为分散介质的环境中能够发生溶胀现象。交联机理包括物理纠缠、离子反应、化学交联等。许多天然的或合成的三维高分子在一定条件下都可形成水凝胶，如氧化纤维素、羧甲基纤维素、海藻酸、透明质酸、胶原、聚谷氨酸、聚丙烯酸、聚乙烯醇等。由于水凝胶具有许多独特的理化性质，其在诸多领域都有应用，如日用品、工业用品、农业土建以及生物医学等。然而，单一水凝胶在应用时往往存在功能短缺或性能不足，因此常与其它功能材料进行复合来获得更好的性能。由于水凝胶材料都具有三维网络结构，因此，最常用的与其它材料进行复合方法就是浸渍吸附法，让材料通过自由扩散的方式渗透进入水凝胶内部与之复合。然而，浸渍吸附法在实际应用中存在许多弊端，如耗时长、效率低、复合不均匀、处理体系溶液体积大等，这些限制了其在工业上大规模应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种电场驱动制备水凝胶基复合材料的方法及装置，该方法能有效解决常规浸渍吸附法效率低、耗时长、稳定性差以及复合不均匀等问题。

本发明提供了一种电场驱动制备水凝胶基复合材料的方法，包括：

先将水凝胶置于导电溶液中浸没，然后将水凝胶裁剪成匹配尺寸放置在反应槽中，再将导电溶液或带电荷颗粒溶液注入反应槽两侧的正极端空槽和负极端空槽中，盖上盖板，打开直流电源在电场驱动下制备得到水凝胶基复合材料。

所述水凝胶为亲水性、水溶性或水溶胀性的天然高分子、合成高分子或天然高分子和合成高分子杂化通过交联形成三维网络结构的聚合物材料，或者为硅水凝胶、二氧化硅水凝胶等无机材料水凝胶，或者无机材料与有机材料掺杂的水凝胶。不包括由纤维组成的三维网络材料。硅水凝胶(氟硅氧烷水凝胶)，是一种有机高分子材料，有亲水性，具有双位相材料构架，即拥有氟硅和水凝胶两种通道，常被用来制作高档隐形眼镜。

所述天然高分子包括多糖类(可溶淀粉、可溶纤维素、葡聚糖、海藻酸、透明质酸、琼脂、硫酸软骨素、壳聚糖等)，多肽类(胶原、明胶、聚氨基酸、聚谷氨酸、聚赖氨酸、蛋白质等)，DNA和RNA核酸类水凝胶；合成高分子包括醇、丙烯酸及其衍生物的聚合物类(聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚氧乙烯、聚N-聚代丙烯酰胺及它们的衍生物等)、硅胶、亲水性有机玻璃。水凝胶的交联方式包括化学和物理的。

所述导电溶液为小分子电解质溶液、缓冲盐溶液、PBS、生理盐水、Tris-甘氨酸中的一种或几种。

所述带电荷颗粒可为任意有机的或无机的，有生命的或无生命的带电荷颗粒，如聚电解质、聚乙烯亚胺盐酸盐、聚乙烯吡啶、聚乙烯胺、壳聚糖或其衍生物、蛋白质、胶原、明胶、多肽、聚氨基酸、核苷酸、DNA、RNA、羧酸-吡啶共聚体、羧甲基壳聚糖、透明质酸、聚丙烯酸钠、聚苯乙烯硫酸、聚乙烯磺酸、聚乙烯磷酸、羧甲基纤维素钠、肝素钠、氧化铁、微生物(细菌和酵母以及真菌)、动物细胞中的一种或几种。所述带电荷颗粒在电场力的作用下均匀扩散进入水凝胶内部与之复合。

所述带电荷颗粒根据带电性注入与之相反的电极端空槽。

所述带电荷颗粒为多种组分时，将带相同电性的电荷颗粒混合注入与之相反的电极端空槽。