一种改性埃洛石增强水凝胶及其制备方法技术

本发明专利技术属于高分子水凝胶技术领域，公开了一种改性埃洛石增强水凝胶及其制备方法。首先将埃洛石分散于水中，制得埃洛石分散液；随后加入壳聚糖对其改性，制得改性埃洛石分散液；再加入单体、交联剂、引发剂引发聚合，将聚合物置于盐溶液中浸泡，得到改性埃洛石增强水凝胶。本发明专利技术采用低分子量水溶性壳聚糖改性埃洛石，提升埃洛石的分散稳定性，进而提升水凝胶的强度和拉伸性能，再采用盐溶液浸泡进一步配位交联提升水凝胶的强度，由此制备的水凝胶具有高强度、高拉伸性等优异的机械性能。高拉伸性等优异的机械性能。

【技术实现步骤摘要】
一种改性埃洛石增强水凝胶及其制备方法


[0001]本专利技术属于高分子水凝胶
，具体涉及一种改性埃洛石增强水凝胶及其制备方法。

技术介绍

[0002]水凝胶是由亲水的聚合物链在水中发生交联后形成的，制备它的方法有很多种，比如静电作用、共价化学键交联等方法。由于水凝胶含有大量的水，它能被应用到很多领域，比如组织工程、药物释控、软电子等领域。传统水凝胶缺乏强度，容易发生永久性断裂，这很大程度上限制了它们的应用，因此，如何提高水凝胶的力学性能一直是备受关注的热点。
[0003]埃洛石是一种具有管状纳米结构的天然无机矿物材料，具有大长径比、管壁内外带不同种电荷等诸多特点，同时又具有廉价易得、生物相容性好等优势，这些特性使得埃洛石在应用于高分子聚合物领域时可以实现以较低的成本获得具有特殊的机械、热和生物性能。然而，埃洛石的分散并不稳定，容易产生团聚现象，当用于制备水凝胶时，聚合过程中埃洛石发生团聚会导致水凝胶内部结构不均匀，制品容易出现应力集中而断裂，制品性能稳定性较差。
[0004]为解决埃洛石的团聚问题，有的研究采用聚阳离子，如聚乙烯亚胺盐酸盐、聚4
‑
乙烯吡啶正丁基溴季铵盐等通过静电相互作用来提升埃洛石的分散稳定性；在一些公开的技术中，带正电的天然高分子被用于增强埃洛石在水中的分散性；但是大部分聚阳离子和高分子需要在酸性条件下电离，在用于制备水凝胶时，需要对制备好的水凝胶进行后处理，以除去水凝胶中的酸性物质，步骤繁琐。
[0005]因此，如何通过简便的技术手段改善埃洛石在水凝胶中的分散稳定性，进而提高埃洛石复合水凝胶的机械性能，是目前需要解决的技术难题。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术存在的不足，提供一种改性埃洛石增强水凝胶及其制备方法，采用低分子量水溶性壳聚糖改性埃洛石，提升埃洛石的分散稳定性，由此制备的水凝胶具有高强度、高拉伸性等优异的机械性能。
[0007]为解决本专利技术所提出的技术问题，本专利技术提供一种改性埃洛石增强水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
[0008]1)将埃洛石分散于水中，制得埃洛石分散液；
[0009]2)向埃洛石分散液中加入壳聚糖，充分搅拌，制得改性埃洛石分散液；
[0010]3)向改性埃洛石分散液中加入单体、交联剂、引发剂，混合均匀后加热聚合，将聚合物置于盐溶液中浸泡，得到改性埃洛石增强水凝胶。
[0011]上述方案中，所述埃洛石呈中空管状结构，内径30～50nm，外径40～60nm，长度0.1～0.4μm。
[0012]上述方案中，所述埃洛石的质量与水的体积之比为(0.1～0.8)g：18mL。
[0013]上述方案中，所述分散方式为超声分散，分散时间为0.5～2h。
[0014]上述方案中，所述壳聚糖为低分子量水溶性壳聚糖，分子量≤3200Da，脱乙酰度≥90％，粒径≤100目。
[0015]上述方案中，所述壳聚糖与埃洛石的质量比为(1～2)：1。
[0016]上述方案中，所述搅拌速率为200～300r/min，搅拌时间为2～4h。
[0017]上述方案中，所述单体为丙烯酰胺、丙烯酸、N
‑
异丙基丙烯酰胺的至少一种。
[0018]上述方案中，所述交联剂为N,N
’‑
亚甲基双丙烯酰胺。
[0019]上述方案中，所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾中的至少一种。
[0020]上述方案中，所述单体的质量与水的体积之比为(0.5～3)g：10mL。
[0021]上述方案中，所述单体、交联剂、引发剂的质量比为100：(0.1～5)：(0.1～5)。
[0022]上述方案中，所述引发剂制成引发剂溶液后加入，引发剂溶液中引发剂的质量百分浓度为1～10％。
[0023]上述方案中，所述聚合温度为40～60℃，聚合时间为12～18h。
[0024]上述方案中，所述盐溶液的体积与聚合物的质量比为50mL：(1～4)g。
[0025]上述方案中，所述盐溶液分为第一盐溶液和第二盐溶液，聚合物先在第一盐溶液中进行一次浸泡，再在第二盐溶液中进行二次浸泡。
[0026]进一步地，所述第一盐溶液为FeCl3、CaCl2、Fe(NO3)3、ZnCl2中的一种，所述第二盐溶液为Na2SO4、K2SO4、Na3Cit中的一种。
[0027]进一步地，所述第一盐溶液的浓度为0.2～0.6mol/L，所述第二盐溶液的浓度为0.5～1mol/L。
[0028]进一步地，所述第一盐溶液的浸泡时间为0.5～3h，所述第二盐溶液的浸泡时间为4～8h。
[0029]本专利技术还提供一种改性埃洛石增强水凝胶，它是由上述方法制备得到的。
[0030]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0031]1)本专利技术以低分子量水溶性壳聚糖改性埃洛石，一方面，壳聚糖分子链表面氨基与水中电离的氢离子结合形成带正电的
‑
NH
3+
，可与外表面带负电的埃洛石形成相互作用，缠结在埃洛石的外表面，防止埃洛石团聚，提高埃洛石的分散性，进而提升水凝胶的强度和拉伸性能；另一方面，由于低分子量水溶性壳聚糖可在中性条件下溶解于水中，不需酸性条件及除酸后处理，简化了埃洛石复合水凝胶的制备流程。
[0032]2)本专利技术采用盐溶液对聚合物浸泡，盐溶液中的Fe
3+
、Ca
2+
等阳离子可与聚合物链的
‑
COO
‑
结合形成较强三齿配位；盐溶液中的SO
42
‑
、Citrate3‑
等阴离子则可与壳聚糖上的
‑
NH2形成双齿/三齿配位，通过与埃洛石上缠结的壳聚糖结合，形成以改性埃洛石为交联中心的离子交联点，或直接作为交联点连接相邻的两条游离壳聚糖链；通过以上作用，进一步显著提升水凝胶的强度。
附图说明
[0033]图1为本专利技术实施例1未改性埃洛石(HNTS)和改性埃洛石(HNTS@CS)在水中的分散效果图。
[0034]图2为本专利技术实施例1未改性埃洛石(a
‑
b)和改性埃洛石(c
‑
d)的电镜图。
[0035]图3为本专利技术实施例1制得改性埃洛石增强水凝胶的拉伸应力应变测试图。
[0036]图4为本专利技术实施例2制得改性埃洛石增强水凝胶的拉伸应力应变测试图。
具体实施方式
[0037]为了更好地理解本专利技术，下面结合实施例进一步阐明本专利技术的内容，但本专利技术的内容不仅仅局限于下面的实施例。
[0038]以下实施例中采用的埃洛石购于河北丹煦矿产品贸易有限公司，呈中空管状结构，内径30～50nm，外径40～60nm，长度0.1～0.4μm；采用的低分子量水溶性壳聚糖购于桓台县金湖甲壳制品有限公司，分子量≤3200Da，脱乙酰度＞90％，粒度为100目。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性埃洛石增强水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将埃洛石分散于水中，制得埃洛石分散液；2)向埃洛石分散液中加入壳聚糖，充分搅拌，制得改性埃洛石分散液；3)向改性埃洛石分散液中加入单体、交联剂、引发剂，混合均匀后加热聚合，将聚合物置于盐溶液中浸泡，得到改性埃洛石增强水凝胶。2.根据权利要求1所述的改性埃洛石增强水凝胶的制备方法，其特征在于，所述埃洛石呈中空管状结构，内径30～50nm，外径40～60nm，长度0.1～0.4μm。3.根据权利要求1所述的改性埃洛石增强水凝胶的制备方法，其特征在于，所述埃洛石的质量与水的体积之比为(0.1～0.8)g：18mL。4.根据权利要求1所述的改性埃洛石增强水凝胶的制备方法，其特征在于，所述分散方式为超声分散，分散时间为0.5～2h。5.根据权利要求1所述的改性埃洛石增强水凝胶的制备方法，其特征在于，所述壳聚糖为低分子量水溶性壳聚糖，分子量≤3200Da，脱乙酰度≥90％，粒径≤100目。6.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾小平，周卿云，吴江渝，王大威，徐婷秀，柴子铧，周瀚，
申请(专利权)人：武汉工程大学，
类型：发明
国别省市：