水凝胶及其制备方法和应用技术

本申请提供了一种水凝胶及其制备方法和应用，水凝胶的制备方法包括：将第一盐类物质和第一聚合物溶解于第一溶剂中配制为第一混合体系；将第二盐类物质加入所述第一混合体系中，以使所述第一盐类物质和所述第二盐类物质发生沉淀反应生成颗粒物，并得到第二混合体系，其中，所述颗粒物分散于所述第二混合体系中；于所述第二混合体系中加入反应单体得到第三混合体系，引发所述反应单体交联聚合，以使所述第三混合体系形成含有颗粒物的水凝胶，其中，所述反应单体包括丙烯酰胺类单体和丙烯酸类单体中的至少一种。类单体中的至少一种。

【技术实现步骤摘要】
水凝胶及其制备方法和应用


[0001]本申请涉及高分子材料领域，具体涉及一种水凝胶及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]水凝胶是由水分子与聚合物网络组成的功能性高分子材料。基于水凝胶软湿的特性，使得水凝胶在柔性电子、生物仿生等领域具有重要的应用前景。
[0003]虽然水凝胶具有广阔的发展潜力，但是其在实际应用中仍面临许多问题，比如：韧性差，长久使用发生疲劳断裂等。如何长时间保持水凝胶的增韧效果，使水凝胶具备抗疲劳性，已成为目前急需解决的问题。

技术实现思路

[0004]本申请的目的在于提供一种水凝胶及其制备方法和应用，能够提高水凝胶的韧性，由此改善水凝胶的抗疲劳性能。
[0005]第一方面，本申请提供了一种水凝胶的制备方法，包括：
[0006]将第一盐类物质和第一聚合物溶解于第一溶剂中配制为第一混合体系；
[0007]将第二盐类物质加入所述第一混合体系中，以使所述第一盐类物质和所述第二盐类物质发生沉淀反应生成颗粒物，并得到第二混合体系，其中，所述颗粒物分散于所述第二混合体系中；
[0008]于所述第二混合体系中加入反应单体得到第三混合体系，引发所述反应单体交联聚合，以使所述第三混合体系形成含有颗粒物的水凝胶，其中，所述反应单体包括丙烯酰胺类单体和丙烯酸类单体中的至少一种。
[0009]在一些实施方式中，基于所述第一混合体系的总质量计，所述第一盐类物质的质量含量和所述第一聚合物的质量含量的比值为0.1至1.5；可选为0.33至1。
[0010]在一些实施方式中，所述第一盐类物质的质量含量为3％至20％。
[0011]在一些实施方式中，所述第一聚合物的质量含量为5％至30％。
[0012]在一些实施方式中，基于所述第三混合体系的总质量计，所述第一聚合物的质量含量和所述反应单体的质量含量的比值为0.05至2；可选为0.2至0.4。
[0013]在一些实施方式中，所述第一聚合物的质量含量为2％至10％。
[0014]在一些实施方式中，所述反应单体的质量含量为5％至40％。
[0015]在一些实施方式中，所述引发所述反应单体交联聚合的反应温度为20℃至50℃。
[0016]在一些实施方式中，所述引发所述反应单体交联聚合的反应时间为1min至10min。
[0017]在一些实施方式中，所述第一盐类物质包括钙盐、镁盐、铜盐、钡盐和锶盐中的一种或多种。
[0018]在一些实施方式中，所述第二盐类物质包括碳酸盐、磷酸盐和硫酸盐中的一种或多种。
[0019]在一些实施方式中，所述第一聚合物包括聚乙烯醇、聚多元醇和多糖中的至少一
种。
[0020]在一些实施方式中，所述聚多元醇包括聚乙二醇、聚丙二醇和聚己内酯三醇中的一种或多种。
[0021]在一些实施方式中，所述多糖包括壳聚糖、海藻酸钠和羧甲基纤维素钠中的一种或多种。
[0022]在一些实施方式中，所述丙烯酰胺类单体溶液包括丙烯酰胺、二甲基丙烯酰胺、二乙基丙烯酰胺和N
‑
异丙基丙烯酰胺溶液中的至少一种。
[0023]在一些实施方式中，所述丙烯酸类单体包括丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯和乙基丙烯酸甲酯溶液中的至少一种。
[0024]第二方面，本申请提供了一种水凝胶，包括聚合物结构体和颗粒物，聚合物结构体具有网络结构，所述聚合物结构体包括第一聚合物和第二聚合物，所述第二聚合物经丙烯酰胺类单体和丙烯酸类单体中的至少一种聚合形成；颗粒物分散于所述聚合物网络结构的孔隙内。
[0025]在一些实施方式中，所述水凝胶的损耗比为0.23至0.6；可选为0.23至0.50。
[0026]在一些实施方式中，所述水凝胶的最大应力为0.8MPa至3MPa；可选为0.90MPa至2.60MPa。
[0027]在一些实施方式中，所述水凝胶的压缩强度为0.5MPa至2MPa；可选为0.5MPa至1.35MPa。
[0028]在一些实施方式中，所述网络结构的平均孔径为10μm至30μm；可选为11.50μm至23.70μm。
[0029]在一些实施方式中，所述颗粒物的体积平均粒径Dv50为1μm至10μm；可选为3.55μm至7.75μm。
[0030]第三方面，本申请提供了一种水凝胶在缓冲包装、降噪隔层或人造关节领域中的应用，所述水凝胶包括如本申请第一方面任一实施方式的制备方法得到的水凝胶或者如本申请第二方面任一实施方式的水凝胶。
[0031]根据本申请实施方式的水凝胶的制备方法，反应单体聚合形成第二聚合物，在该聚合物中引入第一聚合物，第一聚合物和第二聚合物能够构建形成聚合物网络结构，赋予了水凝胶耗散能量的能力，尤其是第一聚合物和第二聚合物通过动态键(例如氢键等)结合时，所形成的聚合物网络结构具有更优异的耗散能量的能力。通过向聚合物网络结构中分散颗粒物，使得颗粒物穿插于聚合物网络结构的孔隙中，提高水凝胶的负载能力，尤其是颗粒物可以团聚成簇可以提高聚合物网络结构的致密性，使水凝胶可以承受更强的载荷作用。水凝胶在受到载荷作用时，团聚成簇的水凝胶可能发生破散，但是由于颗粒物表面具有较高的表面能，破散后的颗粒物能够二次聚集并达到降低表面能的效果，从而提高了水凝胶恢复原始状态的速度。
[0032]本申请的制备方法简单易行，普适性高。
附图说明
[0033]为了更清楚地说明本申请实施方式的技术方案，下面将对本申请实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施方
式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据附图获得其他的附图。
[0034]图1示出了本申请实施例2制备的样品的80％应变下单次压缩示意图。
[0035]图2示出了本申请实施例2制备的样品汽车循环碾压示意图。
[0036]图3示出了本申请实施例2制备的样品100次循环加载
‑
卸载压缩曲线。
具体实施方式
[0037]为了使本申请的专利技术目的、技术方案和有益技术效果更加清晰，以下结合具体实施例对本申请进行详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的实施例仅仅是为了解释本申请，并非为了限定本申请。
[0038]为了简便，本文仅明确地公开了一些数值范围。然而，任意下限可以与任何上限组合形成未明确记载的范围；以及任意下限可以与其它下限组合形成未明确记载的范围，同样任意上限可以与任意其它上限组合形成未明确记载的范围。此外，尽管未明确记载，但是范围端点间的每个点或单个数值都包含在该范围内。因而，每个点或单个数值可以作为自身的下限或上限与任意其它点或单个数值组合或与其它下限或上限组合形成未明确记载的范围。
[0039]如果没有特别的说明，本申请的所有步骤可以顺序进行，也可以随机进行，优选是顺序进行的。例如，方法包括步骤(a)和(b)，表示方法可包括顺序进行的步骤(a本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水凝胶的制备方法，其特征在于，包括：将第一盐类物质和第一聚合物溶解于第一溶剂中配制为第一混合体系；将第二盐类物质加入所述第一混合体系中，以使所述第一盐类物质和所述第二盐类物质发生沉淀反应生成颗粒物，并得到第二混合体系，其中，所述颗粒物分散于所述第二混合体系中；于所述第二混合体系中加入反应单体得到第三混合体系，引发所述反应单体交联聚合，以使所述第三混合体系形成含有颗粒物的水凝胶，其中，所述反应单体包括丙烯酰胺类单体和丙烯酸类单体中的至少一种。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，基于所述第一混合体系的总质量计，所述第一盐类物质的质量含量和所述第一聚合物的质量含量的比值为0.1至1.5；可选为0.33至1；可选地，所述第一盐类物质的质量含量为3％至20％；和/或所述第一聚合物的质量含量为5％至30％。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，基于所述第三混合体系的总质量计，所述第一聚合物的质量含量和所述反应单体的质量含量的比值为0.05至2；可选为0.2至0.4；可选地，所述第一聚合物的质量含量为2％至10％；和/或所述反应单体的质量含量为5％至40％。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述引发所述反应单体交联聚合的反应温度为20℃至50℃；和/或所述引发所述反应单体交联聚合的反应时间为1min至10min。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一盐类物质包括钙盐、镁盐、铜盐、钡盐和锶盐中的一种或多种；和/或所述第二盐类物质包括碳酸盐、磷酸盐和硫酸盐中的一种或多种。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐文龙，苑志昂，蒲丽莎，马新涛，丁俊婕，李浩宇，黄子旭，王心泽，张贝贝，
申请(专利权)人：鲁东大学，
类型：发明
国别省市：