[发明专利]N-乙烯基酰胺类聚合物和锂藻土复合水凝胶及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合水凝胶，特别涉及一种高强高韧N-乙烯基酰胺类聚合物和锂藻土复合水凝胶及制备方法。 

背景技术

聚合物水凝胶因其在石油化工、食品和生物医学工程等领域的广泛应用，如：原油/成品油脱水剂、油井堵水调水、食品添加剂、药物控制释放和生物组织填充材料等等，受到人们的普遍关注和研究。然而传统的聚合物水凝胶(以下简称OR凝胶)存在以下缺陷：强度低韧性欠佳，，只能够用于对凝胶强度要求很低的领域，这极大地影响了聚合物水凝胶的应用范围。 

根据文献登载(Adv.Mater.，2002，14：1120-1124)，Haraguchi等将锂藻土(Laponite)纳米粒子分散在水中，使N-异丙基丙烯酰胺(NIPAm)和丙烯酰胺(AM)单体在Laponite分散液中原位自由基聚合，Laponite纳米颗粒起到多官能度交联剂的作用，从而得到了两种纳米复合水凝胶(以下简称NC凝胶)：聚N-异丙基丙烯酰胺/Laponite纳米复合水凝胶(PNIPAm/Laponite Nanocomposite Hydrogel)和聚丙烯酰胺/Laponite纳米复合水凝胶(PAm/Laponite Nanocomposite Hydrogel)。NC凝胶具有高强高韧的力学性能，透明性好。可是迄今为止，仅有这两种丙烯酰胺类能成功制备锂藻土纳米复合水凝胶，而且这两种水凝胶在含水率较高时(≥80％)或是锂藻土及单体含量较低时(≤10％)，力学性能仍会有相当大的下降。 

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的缺陷，提供一种高强高韧N-乙烯基酰胺类聚合物和锂藻土复合水凝胶，该纳米复合水凝胶(含水率50～90％)不但具有断裂伸长率高的高韧性和拉伸强度高的高强度等特点(万能材料试验机以100mm/秒的拉伸速率测得其断裂伸长率和强度分别介于50％～4000％和2kPa～1MPa，而普通OR凝胶十分脆弱，不能夹持在万能材料试验机上进行拉伸测试)；并且达到溶胀平衡时(平衡溶胀比分别介于5～120，含水率83～99％)还能保持相当高的力学性能(万能材料试验机以100mm/秒的拉伸速率测得其断裂伸长率和拉伸强度分别 介于10％～2000％和5kPa～350kPa)。同时，吸附能力强，生物毒性低，透明性好(紫外/可见光分光光度计在600nm波长测得本发明提供的水凝胶的透光率介于40～95％)。 

本发明的目的还在于提供所述水凝胶的制备方法。 

本发明的一种高强高韧N-乙烯基酰胺类聚合物和锂藻土复合水凝胶的制备方法包括以下步骤： 

第一步，将锂藻土分散于水中，搅拌得到均匀透明的分散液，然后依次加入N-乙烯基酰胺类单体、引发剂，搅拌均匀后除氧密封；各组分重量份数如下： 

锂藻土               0.5～20

水                   49～94.5 

N-乙烯基酰胺类单体   5～30 

引发剂               0.01～1； 

第二步，将反应体系置于30-60℃水浴中加热，反应12-72h即得到锂藻土交联的纳米复合水凝胶；或者 

将反应体系置于0-30℃恒温环境中，选用100-400nm波段的UV灯，距离反应体系1-100cm，照射0.1-8h即得到锂藻土交联的纳米复合水凝胶； 

本发明还可包括第三步，将反应体系中的水凝胶取出，即可获得高强高韧，透明性好，易染色的纳米复合水凝胶。或将未加水溶性染料的凝胶置于0.01～1mg/L的水溶性染料中0.1～10小时，可得染色的纳米复合水凝胶；水溶性染料的用量是0～0.01重量。 

第一步中，搅拌0.1-10h得到均匀透明的分散液 

本发明所述的锂藻土包括天然及人工合成锂藻土，特别优选Rockwood公司生产的四种产品：Laponite系列，其产品及分子式分别为： 

XLS型：[Mg_5.34Li_0.66Si₈O₂₀(OH)₄]Na_0.66，Na₄P₂O₇改性