[发明专利]具有强力学性能的双网络复合水凝胶及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及高分子材料制备技术领域，具体来说是具有强力学性能的双网络复合水凝胶及其制备方法和应用，包括如下步骤：将水滑石与偶联剂、反应单体、交联剂、引发剂反应，得到第一网络水凝胶；将水溶性纤维素醚溶液与反应单体、交联剂、引发剂共混得到第二网络水凝胶，将第一网络水凝胶放入第二网络水凝胶中，进行溶胀反应，得到具有强力学性能的双网络复合水凝胶。本发明采用水滑石和水溶性纤维素醚来提升现有双网络复合水凝胶的力学性能，制得了具有优异拉伸性能、压缩性能的双网络复合水凝胶。

技术领域

本发明涉及高分子材料制备技术领域，具体来说是具有强力学性能的双网络复合水凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

水凝胶(Hydrogel)是一种能吸收大量的水而不溶解，并保持一定的形状的高分子网络体系。水凝胶在药物缓控释，生物医学以及组织工程等方面得到了广泛的应用和研究。然而，传统的一些化学交联结构水凝胶机械性能相对较弱，大大限制了水凝胶更深更广的应用。尤其在生物医学以及组织工程等方面，对于水凝胶机械性能的要求也逐步显现。

在传统水凝胶的制备过程中通常用到有机物N,N-亚甲基双丙烯酰胺(BIS)交联剂，往往会造成水凝胶网络中交联区域不均匀，既存在高交联又存在低交联区域，这种不均匀的网络结构会导致外界应力主要作用于高交联区域内的短链聚合物上而引发水凝胶断裂，因此传统的水凝胶通常面临机械性能差的问题；针对机械性能差的问题，先前的研究者们制备出了滑环水凝胶、双网络水凝胶及纳米复合水凝胶来解决这个问题。

目前的研究中，双网络水凝胶的热度最高，已证明由具有强不对称结构的两个交联网络组成的双网络水凝胶可以通过使用各种各样的聚合物调节两个网络之间和分子间相互作用和结构来改善机械强度，双网络水凝胶通常通过多步连续的自由基聚合方法制成；首先，通常使用强的聚电解质(如聚丙烯酸，聚丙烯酰胺)来形成高度共价交联的第一层网络，由于聚电解质的强烈膨胀，当将聚电解质水凝胶浸入含有第二次聚合的中性第二单体、引发剂和交联剂的溶液中时，这些反应物将扩散到第一层网络中，并与第一层网络松散的交联形成第二网络；多步聚合方法已经证明了其产生不同的高强度水凝胶的可行性。

已有研究结果表明，纳米材料作为物理交联剂，与水凝胶聚合物网络之间存在着范德华、氢键、静电等弱相互作用；然而，这种通过弱相互作用进行交联的水凝胶，尽管能够承受大幅度的拉伸与压缩，但往往拉伸与压缩的模量低、强度弱，并且在长期使用过程中纳米粒子易于流失，循环稳定性差等问题。

发明内容

针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供了具有强力学性能的双网络复合水凝胶及其制备方法和应用，本发明采用水滑石和水溶性纤维素醚来提升现有双网络复合水凝胶的力学性能，制得了具有优异拉伸性能、压缩性能的双网络复合水凝胶。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

具有强力学性能的双网络复合水凝胶的制备方法，包括如下步骤：

将水滑石加入至去离子水中均匀成浆液后，加入偶联剂，于60-80℃下超声35-50min，再加入反应单体、交联剂、引发剂并混合均匀，然后倒入模具中，并于45-55℃下反应12-14h，得到第一网络水凝胶；

将水溶性纤维素醚加入至去离子水中，加热搅拌，得到水溶性纤维素醚溶液，再加入反应单体、交联剂、引发剂并混合均匀得到第二网络水凝胶，将第一网络水凝胶放入第二网络水凝胶中，溶胀24h后于45-55℃下反应8-10h，得到具有强力学性能的双网络复合水凝胶。

优选的，所述水滑石与所述表面活性剂的质量比为100:3-5；所述偶联剂为KH550或KH570。

优选的，所述反应单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰胺、N-乙烯基甲酰胺、Z烯基吡啶、N-乙烯基吡咯烷酮中的一种或多种。