A preparation method of magnetic hydrogel with high strength and high fracture toughness is proposed. Divalent and trivalent iron ions enter the three-dimensional polymer network of poly(N,N_dimethylacrylamide) nanocomposite hydrogel through osmotic diffusion, and then form tetravalent and trivalent iron ions in situ by sodium hydroxide coprecipitation method. Ferric oxide magnetic particles are in-situ precipitated on the three-dimensional polymer network of the hydrogel and evenly distributed; in high concentration sodium hydroxide solution, the poly (N, N dimethylacrylamide) nanocomposite hydrogel will undergo volume phase transformation, thereby greatly improving the strength and fracture toughness of the magnetic hydrogel; The method can be extended to different kinds of hydrogels, and is a general method for preparing magnetic hydrogels with high strength and fracture toughness. It is one of the most powerful magnetic hydrogels in the world.
【技术实现步骤摘要】
一种高强度高断裂韧性的磁性水凝胶的制备方法
本专利技术属于功能高分子材料制备
,具体涉及一种高强度高断裂韧性的磁性水凝胶的制备方法。
技术介绍
磁性水凝胶由磁性粒子与水凝胶基体复合而成,水凝胶基体包括聚丙烯酰胺、聚N-异丙基丙烯酰胺、海藻酸盐、壳聚糖和半纤维素等,磁性粒子包括四氧化三铁、γ三氧化二铁和铁酸钴等。磁性水凝胶近年来发展迅速,在药物释放、光子晶体、驱动器和人造肌肉等方面展现出良好的应用前景。多孔结构的磁性水凝胶在磁场下可发生高达70%的体积变形,使得药物随着水分被排挤出来,磁场下的药物释放量是无磁场下的7倍,并且可以实现干细胞在小鼠体内的可控释放。具有核壳结构的磁性粒子于磁场激励下在凝胶溶剂内部移动形成周期性排布,呈现出不同的色彩和图案,是一种响应型的光子晶体,可用于制造柔性显示屏。磁性水凝胶悬臂梁在磁场作用下发生弯曲,可用于制备磁性驱动器。磁性水凝胶在磁场下可发生拉伸、收缩和卷曲变形,利用其多样性的变形模式,可以制备人造肌肉。目前绝大多数磁性水凝胶力学性能极差,限制了其实际应用。为了提高水凝胶的力学性能,国际上有两种常用的策略。一种是添加无机纳米颗粒,比如纳米黏土、二氧化硅颗粒;另外一种是采用双网络设计,一层短网络,一层长网络。然而目前这些增韧方法尚未拓展到磁性水凝胶的领域。磁性水凝胶的制备方法主要包括共混法和原位沉淀法。在共混法中,直接将磁性颗粒分散到水凝胶单体溶液中,激发高分子交联反应得到磁性水凝胶。共混法的缺陷是磁性粒子分布不均匀。在原位沉淀法中,将提前制备好的水凝胶浸泡于二价及三价铁离子溶液中至溶胀平衡,然后将溶胀的水凝胶浸泡在还 ...
【技术保护点】
1.一种高强度高断裂韧性的磁性水凝胶的制备方法,其特征在于,步骤如下:步骤1:以N,N‑二甲基丙烯酰胺为单体,锂蒙脱石纳米黏土颗粒为物理交联剂,通过热引发的自由基聚合反应来形成黏土含量为3‑5mol%的聚N,N‑二甲基丙烯酰胺纳米复合水凝胶;步骤2:将FeCl3·6H2O与FeCl2·4H2O按照摩尔比为2:1的比例混合,加入去离子水配置成铁离子溶液;步骤3:将步骤1中所述的聚N,N‑二甲基丙烯酰胺纳米复合水凝胶浸入到步骤2中所述的铁离子溶液内,室温下浸泡24h,使得水凝胶在该铁离子溶液中充分溶胀至平衡状态;步骤4:配置浓度为5mol/L的NaOH溶液;步骤5:将步骤3中吸附了二价及三价铁离子的水凝胶用去离子水清洗后,浸入到步骤4的NaOH溶液中,室温浸泡24h,得到高强度高韧性的磁性水凝胶。
【技术特征摘要】
1.一种高强度高断裂韧性的磁性水凝胶的制备方法,其特征在于,步骤如下:步骤1:以N,N-二甲基丙烯酰胺为单体,锂蒙脱石纳米黏土颗粒为物理交联剂,通过热引发的自由基聚合反应来形成黏土含量为3-5mol%的聚N,N-二甲基丙烯酰胺纳米复合水凝胶;步骤2:将FeCl3·6H2O与FeCl2·4H2O按照摩尔比为2:1的比例混合,加入去离子水配置成铁离子溶液;步骤3:将步骤1中所述的聚N,N-二甲基丙烯酰胺纳米复合水凝胶浸入到步骤2中所述的铁离子溶液内,室温下浸泡24h,使得水凝胶在该铁离子溶液中充分溶胀至平衡状态;步骤4:配置浓度为5mol/L的NaOH溶液;步骤5:将步骤3中吸附了二价及三价铁离子的水凝胶用去离子水清洗后,浸入到步骤4的NaOH溶液中,室温浸泡24h,得到高强度高韧性的磁性水凝胶。2.根据权利要求1所述的高强度高断裂韧性的磁性水凝胶的制备方法,其特征在于,步骤如下:步骤1:以N,N-二甲基丙烯酰胺为单体,锂蒙脱石纳米黏土颗粒为物理交联剂,通过热引发的自由基聚合反应来形成黏土含量为3mol%的聚N,N-二甲基丙烯酰胺纳米复合水凝胶;步骤2:将FeCl3·6H2O与FeCl2·4H2O按照摩尔比为2:1的比例混合,加入去离子水配置成铁离子溶液;步骤3:将步骤1中所述的聚N,N-二甲基丙烯酰胺纳米复合水凝胶浸入到步骤2中所述的铁离子溶液内,室温下浸泡24h,使得水凝胶在该铁离子溶液中充分溶胀至平衡状态;步骤4:配置浓度为5mol/L的NaOH溶液;步骤5:将步骤3中吸附了二价及三价铁离子的水凝胶用去离子水清洗后,浸入到步骤4的NaOH溶液中,室温浸泡24h,得到高强度高韧性的磁性水凝胶。3.根...
【专利技术属性】
技术研发人员:唐敬达,王铁军,卢同庆,
申请(专利权)人:西安交通大学,
类型:发明
国别省市:陕西,61
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。