一种高性能纤维增强复合水凝胶及其制备方法与应用技术

本发明专利技术属于复合材料的制备和应用领域，尤其涉及一种高性能纤维增强复合水凝胶及其制备方法与应用

【技术实现步骤摘要】
一种高性能纤维增强复合水凝胶及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及复合材料
，尤其涉及一种高性能纤维增强复合水凝胶及其制备方法与应用
。

技术介绍

[0002]水凝胶是由大量水分子填充的三维网络高分子聚合物，吸水保湿性强，大部分水凝胶材料具有良好的生物相容性和低毒性，已经在生物医药
、
柔性皮肤传感器
、
水土保湿剂等领域得到了广泛的应用
。
然而，水凝胶材料机械性能较差
(
强度和模量较低
)
，外力作用下容易碎裂，所以在单独使用时往往难以满足实际应用要求，只能应用在敷料
、
吸水填料和载药剂等对机械性能要求很低的产品中
。
为解决这个问题，研究者们在高强度水凝胶开发的方面进行了大量的努力
。
然而，这些水凝胶的力学性能仍然难以满足人工肌肉
、
人工韧带和人工肌腱的使用需求
。
因此，如何显著增强水凝胶的机械性能，提高其实用性，是亟待解决的关键问题
。
[0003]目前，科研人员通过将纤维与水凝胶物理组合，制备得到了纤维增强水凝胶，但这种方法得到的水凝胶材料，纤维骨架与水凝胶基体结合能力有限，容易造成纤维材料和水凝胶基体的脱离，导致材料失效
。
为了提升纤维和水凝胶的结合能力，科研人员又对纤维表面进行化学改性，增强了纤维骨架与水凝胶基体的结合能力，但是该方法较为复杂
。
因此，很有必要开发一种可以简单有效地提升纤维与水凝胶基体界面结合力，实现高性能纤维增强水凝胶高效制备的方法
。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的问题，本专利技术要解决的技术问题是：水凝胶的机械性能较差，强度和模量较低，外力作用下容易碎裂，所以在单独使用时往往难以满足实际应用要求
。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种高性能纤维增强水凝胶及其制备方法，包括水凝胶基体和纤维骨架，所述纤维骨架完全嵌入水凝胶中
。
[0006]一种高性能纤维增强水凝胶，其包括水凝胶基体和纤维骨架，所述纤维骨架嵌入水凝胶中
。
[0007]其中，所述水凝胶基体贯穿所述纤维基体的内外，即所述纤维骨架置于水凝胶内且所述纤维骨架内部含有水凝胶
。
[0008]一种高性能纤维增强水凝胶的制备方法
(
溶胀扩散方法
)
，优选用于制备上述高性能纤维增强水凝胶，所述制备方法包括：
[0009]步骤
1、
将纤维骨架置入含助溶剂的有机溶剂中进行溶胀，增加其孔隙率；
[0010]步骤
2、
将单体均匀分散在水中，配成单体溶液；
[0011]步骤
3、
向所述单体溶液中，加入交联剂
、
引发剂
、
催化剂，搅拌均匀后得到混合溶液；
[0012]步骤
4、
将溶胀完成的纤维骨架置入得到的混合溶液中，使混合溶液中的物料完全扩散进入纤维骨架内，再经聚合得到具有优异界面能力的高性能纤维增强水凝胶
。
[0013]进一步地，根据上述的制备方法，在步骤
(1)
中，所述纤维骨架为间位芳纶纤维
。
[0014]进一步地，根据上述的制备方法在步骤
(1)
中，所述有机溶剂为1‑
甲基
‑2‑
吡咯烷酮
(NMP)、
二甲基乙酰胺
(DMAC)、
二甲基甲酰胺
(DMF)
中的至少一种
。
[0015]进一步地，根据上述的制备方法，在步骤
(1)
中，所述助溶剂为氯化钙
、
氯化锂中的一种，优选为氯化锂，更优选地，可以两种助溶剂混合使用，所述助溶剂总质量浓度范围为0～2％
。
[0016]进一步地，根据上述的制备方法，在步骤
(2)
中，所述单体选自丙烯酰胺
、
丙烯酸
、N
‑
异丙基丙烯酰胺
、2
‑
丙烯酰胺
‑2‑
甲基丙磺酸钠
、
丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵
、
二甲基丙烯酰胺中的一种或多种，所述单体可以单独使用或组合使用
。
[0017]进一步地，根据上述的制备方法，在步骤
(2)
中，单体溶液的总单体浓度为
15wt
％～
55wt
％，例如为
15wt
％
、25wt
％
、35wt
％
、45wt
％或
55wt
％，优选为
25wt
％
。
[0018]进一步地，根据上述的制备方法，在步骤
(3)
中，所述交联剂选用
N,N
’‑
亚甲基双丙烯酰胺或乙二醇二甲基丙烯酸酯
。
所述交联剂可以组合使用或单独使用
。
所述交联剂的浓度可以根据单体而变化
。
交联剂与单体的摩尔比范围为
0.00005
～
0.001
，例如为
0.00005、0.0001、0.0005
或
0.001
；所述引发剂选自过硫酸铵
、
过氧化苯甲酰
、
过硫酸钾中的至少一种，所述引发剂与单体的摩尔比范围为
0.000004
～
0.00008
，例如为
0.000004、0.000006、0.000008、0.00001、0.00002、0.00004、0.00006
或
0.00008
；所述催化剂选用二甲基乙二胺或金属银，催化剂与单体的摩尔比范围为
0.000001
～
0.00003
，例如为
0.000001、0.000002、0.000004、0.000006、0.000008、0.00001、0.00002
或
0.00003。
[0019]进一步地，根据上述的制备方法，其特征在于，在步骤
(4)
中，所述聚合为加热聚合或紫外光聚合，优选为加热聚合，所述加热的温度为
20
～
75℃
，例如为
20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃
或
75℃。
[0020]本专利技术还提供上述溶胀扩散制备方法得到的高性能纤维增强水凝胶
。
[0021]本专利技术还提供所述高性能纤维增强水凝胶在医用复合材料
、
仿生材料领域的应用
。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种高性能纤维增强水凝胶，其包括水凝胶基体和纤维骨架，所述纤维骨架嵌入水凝胶中
。2.
根据权利要求1所述的高性能纤维增强水凝胶，其特征在于，所述水凝胶基体贯穿所述纤维基体的内外
。3.
一种高性能纤维增强水凝胶的制备方法，优选用于制备权利要求1或2所述高性能纤维增强水凝胶，包括：步骤
(1)
将纤维骨架置入到含任选助溶剂的有机溶剂中进行溶胀，增加其孔隙率；步骤
(2)
将单体均匀分散在水中，配成单体溶液；步骤
(3)
向所述单体溶液中，加入交联剂
、
引发剂
、
催化剂，搅拌均匀得到混合溶液；步骤
(4)
将溶胀完成的纤维骨架置入所述混合溶液中，使混合溶液中的物料扩散进入纤维骨架内，再经聚合得到所述高性能纤维增强水凝胶
。4.
根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：在步骤
(1)
中，所述纤维骨架为间位芳纶纤维；在步骤
(1)
中，所述有机溶剂选自1‑
甲基
‑2‑
吡咯烷酮
、
二甲基乙酰胺
、
二甲基甲酰胺中的一种或多种组合；在步骤
(1)
中，所述助溶剂为氯化钙
、
氯化锂中的一种，优选为氯化锂，更优选的可以两种助溶剂混合使用，所述助溶剂总质量浓度范围为0～2％
。5.
根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在步骤
(2)
中，所述单体种类选自丙烯酰胺
、
丙烯酸
、N
‑
异丙基丙烯酰胺
、2
‑
丙烯酰胺
‑2‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：隋坤艳，范汶鑫，苏晓伟，马千里，于腾波，赵夏，
申请(专利权)人：烟台泰和新材高分子新材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：