[发明专利]一种Mxene-聚丙烯酸复合水凝胶及其制备方法

说明书

本发明提供一种Mxene‑聚丙烯酸复合水凝胶及其制备方法，在制备上述Mxene‑聚丙烯酸复合水凝胶时，首先对Mxene材料进行表面改性，本发明采用易于取得且成本低廉的表面改性剂(例如十六烷基三甲基溴化铵)对Mxene材料进行表面改性，降低了整个方法的成本。并且本发明所采用的试剂或原料均是无毒无污染的，得到的水凝胶也是环境友好型材料。整个方法工艺简单、操作方便，适于批量生产。本发明的Mxene‑聚丙烯酸复合水凝胶含有表面改性后的Mxene材料，因此，具有优异的力学性能和吸附能力，同时具有更强的生物相容性，由此使得Mxene‑聚丙烯酸复合水凝胶的应用范围更加广泛。

技术领域

本申请涉及吸水性高分子水凝胶技术领域，具体涉及一种Mxene-聚丙烯酸复合水凝胶及其制备方法。

背景技术

交联的高分子水凝胶是一种通过共价键、氢键、范德华力等作用相互交联形成的水溶胀型的功能高分子吸水材料，具有三维网络结构，在其主链或侧链骨架上含有大量的亲水基团(羟基、羧基等)，在溶胀后能与相当一部分水结合并形成氢键，从而具有一定的亲水性，能够吸附相当于自身质量几十到几百倍甚至上千倍的水或水溶液。同时还具有良好的溶胀性、生物相容性、无毒性、易回收性和可降解性能。水凝胶具有的优异性能已经并还在引起人们的广泛兴趣，使其研究与开发、生产与销售得到长期发展。经过几十年的发展，美国、日本、德国等发达国家的各大公司相继成功开发出多种商品化的高吸水性聚合物。

聚丙烯酸水凝胶是一类具有高水含量的三维交联的亲水性聚合物网络结构，性质柔软，在水中能保持一定的形状且不溶解，同时是具有较好的吸水性能的聚合物。高吸水性聚丙烯酸水凝胶在医药伤口敷料、药物释放载体、水土保湿剂、化妆品等方面都有应用，已经成为了极具商业价值的功能性高分子材料。由于交联结构的存在，聚丙烯酸水凝胶在水中可充分溶胀而不会溶解。近年来，水凝胶的应用领域日益扩展，目前已经在吸附，催化，吸水剂，组织工程，药物载体，废水处理和化学传感器等领域得到发展。然而，由于较弱的机械性能，聚丙烯酸水凝胶的应用范围也遭受严重限制。这也为我们采取其他措施增强传统水凝胶材料的吸水性和力学性能埋下伏笔。

研究发现，将微/纳米填充体引入聚合物网络，是制备高吸水性复合水凝胶材料的一种有效方式。Mxene是一种新兴的二维材料，具有出色的生物相容性，离子嵌入能力和亲水性。然而在将Mxene应用于复合水凝胶材料中通常面临着工艺复杂、成本高等问题，因此，有必要提供一种能够在低成本的基础上实现Mxene在复合水凝胶材料制备中的应用。

发明内容

针对现有技术中的上述问题及缺陷，本发明提供一种Mxene-聚丙烯酸复合水凝胶及其制备方法。本发明的上述方法采用低成本的表面改性剂对刻蚀后的MXene材料进行表面处理，得到能够在聚合物中具有高稳定性及高分散性的MXene材料。含有该改性后的Mxene材料的复合水凝胶具有较强的吸附能力和生物相容性，复合水凝胶的机械强度得到很大的提高。并且在复合水凝胶中Mxene材料无析出、絮集等现象。

根据本发明的第一方面，提供一种Mxene-聚丙烯酸复合水凝胶，其包括聚丙烯酸及二维Mxene材料，

在Mxene-聚丙烯酸复合水凝胶中，所述二维Mxene材料作为聚合物增强体，均匀分散在所述聚丙烯酸中。

可选地，所述二维Mxene材料为经十六烷基三甲基溴化铵表面改性的二维Mxene材料。

可选地，所述二维Mxene材料为经二维层状Ti₃C₂。

本发明还提供了一种Mxene-聚丙烯酸复合水凝胶的制备方法，该方法包括以下步骤：

制备Mxene均匀溶液：在分散有二维Mxene材料的溶液中加入表面改性剂，超声分散形成Mxene均匀溶液；

制备Mxene/丙烯酸混合溶液：向所述Mxene均匀溶液中加入丙烯酸单体，搅拌至混合均匀；