The invention discloses a preparation method of ultra-high strength anisotropic hydrogel containing cellulose nano-whiskers. In this method, the physically crosslinked single-crosslinked hydrogels of cellulose nanowhiskers were prepared by the interaction of host and guest. Before the second crosslinking, the pre-stretching orientation of the single-crosslinked hydrogels was realized by external force. The orientation of cellulose nanowhiskers in the network could be fixed by adding Fe3+ to the secondary crosslinking, and the anisotropic water with better mechanical properties was obtained. Gel: Set & Match. By adjusting the ratio of acrylic acid to acrylamide monomer, iron ion concentration and pre-stretching degree, the water content and mechanical properties of hydrogels can be controlled, and the application range of hydrogels can be expanded. The hydrogel prepared by the scheme has very high strength, which provides a new idea to remedy the shortcoming of poor mechanical properties of the traditional hydrogel; and the double physical crosslinking method for preparing the hydrogel in the scheme is simple, feasible and low cost, in which the fixed whisker orientation is a new method for preparing anisotropic hydrogel.
【技术实现步骤摘要】
一种含有纤维素纳米晶须的超高强度各向异性水凝胶的制备方法
本专利技术涉及一种含有纤维素纳米晶须的超高强度各向异性水凝胶的制备方法,属于复合材料、高分子功能材料领域。
技术介绍
传统水凝胶因在实际应用过程中存在强度不足、韧性较差的缺点,而被极大限制了在农业、生物医药、组织工程等诸多领域的应用。设计合理可行的网络结构则是提高水凝胶力学性能的一大关键点,引入有效的能量耗散机制,使水凝胶在发生较大形变时依旧能在一定程度上维持其交联网络的完整性。目前研究人员设计构建了很多不同的水凝胶体系,较有代表性的高强度水凝胶包括拓扑水凝胶、双网络水凝胶、纳米复合水凝胶等。(YasushiOkumura,KohzoIto,AdvancedMaterials,2001,13,485-487.GongJ.P.,KatsuyamaY.;KurokawaT.,AdvancedMaterials,2003,15,1155-1158.HaraguchiK.,TakehisaT.,AdvancedMaterials,2002,14,1120-1124.)其中,纳米复合水凝胶的三维交联网络由较“硬”的纳米填料和聚合产生的“软”的基底聚合物分子链结合形成,具体可通过物理或化学相互作用,或两种交联方式并存的方式完成交联。而随着近年来对可再生资源纤维素材料的广泛关注,纤维素纳米晶体在复合水凝胶材料中的应用也逐渐增多。据报道,具有亲水性表面的纤维素纳米晶体的加入可有效提高纳米复合水凝胶的力学强度,在一定条件下还利于如可注射性、自愈合性等功能化水凝胶的制备。(YangJ.,ZhaoJ.J.,HanC.R. ...
【技术保护点】
1.一种含有纤维素纳米晶须的超高强度各向异性水凝胶的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:1)将客体化合物、含有纤维素纳米晶须的主体化合物、单体丙烯酰胺(AM)、单体丙烯酸(AA)、引发剂、加速剂混合,并引发聚合,制得基于主客体相互作用的单交联水凝胶;2)向所得单交联水凝胶施加轴向外力对其进行预拉伸,致使交联网络中的纤维素纳米晶须沿拉伸方向有序排列;3)将不同预拉伸比的单交联水凝胶浸泡在含铁离子水溶液中,达溶胀平衡后,再在蒸馏水中浸泡以移除交联网络中富余的铁离子,最终制得具有超强力学性能的双物理交联水凝胶。
【技术特征摘要】
1.一种含有纤维素纳米晶须的超高强度各向异性水凝胶的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:1)将客体化合物、含有纤维素纳米晶须的主体化合物、单体丙烯酰胺(AM)、单体丙烯酸(AA)、引发剂、加速剂混合,并引发聚合,制得基于主客体相互作用的单交联水凝胶;2)向所得单交联水凝胶施加轴向外力对其进行预拉伸,致使交联网络中的纤维素纳米晶须沿拉伸方向有序排列;3)将不同预拉伸比的单交联水凝胶浸泡在含铁离子水溶液中,达溶胀平衡后,再在蒸馏水中浸泡以移除交联网络中富余的铁离子,最终制得具有超强力学性能的双物理交联水凝胶。2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述主体化合物为β-环糊精接枝的纤维素纳米晶须(CD-CNCs),所述客体化合物为丙烯酰胺接枝金刚烷(Ad-AM)。3.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,所述的主体化合物CD-CNCs通过一步反应制备:将硫酸水解得到的纤维素纳米晶须均匀分散在蒸馏水中后,滴入环糊精碱性溶液混合均匀,再加入环氧氯丙烷(EPI)在40℃下机械搅拌,反应结束后经纯化处理后真空干...
【专利技术属性】
技术研发人员:常春雨,胡丹宁,张俐娜,
申请(专利权)人:武汉大学苏州研究院,
类型:发明
国别省市:江苏,32
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