CN102558412B

CN102558412B - 一种高强度二氧化钛纳米复合水凝胶的制备方法

Info

Publication number: CN102558412B
Application number: CN201210030623.4A
Authority: CN
Inventors: 李欢军; 许波
Original assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Current assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Priority date: 2012-02-10
Filing date: 2012-02-10
Publication date: 2014-08-13
Anticipated expiration: 2032-02-10
Also published as: CN102558412A

Abstract

本申请提供了一种高强度二氧化钛纳米复合水凝胶的制备方法，所述方法包括：在经除氧处理的纳米二氧化钛溶胶中，加入丙烯酰胺和/或丙烯酸酯类单体，并在通惰性气体鼓泡的条件下搅拌形成水溶液；将惰性气体移至所述水溶液的液面以上，在0～5℃条件下，在所述水溶液中加入催化剂和/或引发剂，并混合均匀；将所述水溶液的所在容器密封，在紫外光引发或热引发的条件下，所述水溶液中发生以纳米二氧化钛作为交联剂的原位自由基聚合反应，生成二氧化钛纳米复合水凝胶。本申请可以使制备的水凝胶的力学性能大大提高。

Description

一种高强度二氧化钛纳米复合水凝胶的制备方法

技术领域

本发明涉及纳米复合材料领域，特别是涉及一种高强度二氧化钛纳米复合水凝胶的制备方法。

背景技术

聚合物水凝胶是一种具有三维网络状结构且含有大量水的亲水性高分子功能材料，由于其含有大量的水，具有优异的生物相容性，因此水凝胶在生物医学材料和工业上有着广泛的应用前景。然而传统化学交联的水凝胶，使用有机交联剂如N，N′-亚甲基双丙烯酰胺交联，得到的水凝胶力学性质差，溶胀率小，这限制了水凝胶在许多方面的应用。

目前，已有研究报道在聚合物水凝胶中加入纳米微粒来提高水凝胶的力学强度，纳米微粒是粒径在1～100nm的一类特殊的材料，由于其具有小尺寸效应、表面与界面效应，量子尺寸效应及宏观量子隧道效应等使得纳米微粒具有奇异的物化性能。纳米微粒是一种广泛应用的聚合物填充材料，通过将纳米粒子引入聚合物系统，得到的纳米复合材料与未引入纳米粒子的材料相比，机械性能，热稳定性，抗老化性质等都有明显的提高。纳米二氧化钛(TiO₂)是目前广泛应用纳米材料之一，具有稳定性好，无毒，比表面积大，能吸收紫外线，光催化及抗菌功效等，在建材、医疗、卫生、能源、环保等领域有广阔的应用。将纳米二氧化钛引人聚合物体系制备的聚合物复合材料，表现出良好的机械性质以及特殊的功能特性。

已有报道通过利用偶联剂和超声分散将纳米TiO₂表面功能化，在其表面引入烯键，与聚N-异丙基丙烯酰胺在交联剂存在下共聚，制备了不同纳米TiO₂含量的聚N-异丙基丙烯酰胺复合水凝胶，分析结果显示，由于TiO₂粒子的引入，使得复合凝胶材料对紫外线吸收效果显著，凝胶的稳定性、机械强度及韧性得到明显改善。

以上现有技术存在的问题是：由于纳米TiO₂比表面积大，表面能高，易团聚，在水中溶解度较低，因此在现存的应用技术中只能将纳米TiO₂通过改性作为掺杂剂或填充剂加入到传统化学交联的水凝胶中，虽然得到的纳米复合水凝胶材料与传统的化学交联的水凝胶相比，力学性能方面有一定的提高，但是仍然无法满足水凝胶在生物医学材料等领域的应用要求。

因此，目前需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题就是：提供一种高强度二氧化钛纳米复合水凝胶的方法，使制备的水凝胶的力学性能大大提高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高强度二氧化钛纳米复合水凝胶的制备方法，使制备的水凝胶的力学性能大大提高。

为了解决上述问题，本发明公开了一种高强度二氧化钛纳米复合水凝胶的制备方法，包括：

在经除氧处理的纳米二氧化钛溶胶中，加入丙烯酰胺和/或丙烯酸酯类单体，并在通惰性气体鼓泡的条件下搅拌形成水溶液；

将惰性气体移至所述水溶液的液面以上，在0～5℃条件下，在所述水溶液中加入催化剂和/或引发剂，并混合均匀；

将所述水溶液的所在容器密封，在紫外光引发或热引发的条件下，所述水溶液中发生以纳米二氧化钛作为交联剂的原位自由基聚合反应，生成二氧化钛纳米复合水凝胶。

优选的，所述除氧处理为，将所述纳米二氧化钛水溶胶在搅拌条件下通入预设时间的惰性气体；

所述纳米二氧化钛溶胶的质量分数为3％～35％中任一值。

优选的，所述纳米二氧化钛溶胶为粒径为5～100nm的酸性纳米二氧化钛溶胶。

优选的，所述丙烯酰胺和/或丙烯酸酯类单体为丙烯酸、丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸甲酯或2-羟乙基甲基丙烯酸酯中的任一种或多种的混合物。

优选的，所述丙烯酰胺或丙烯酸酯类单体的浓度为0.1～3mol/L中任一值。

优选的，当使用紫外光引发时，不加入引发剂，或以1-羟基环己基苯基甲酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、2-羟基-4′-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮、2-二甲氨基-2-苄基-1-[4-(4-吗啉基)苯基]-1-丁酮或2，4，6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦中的任一种作为引发剂；

当使用热引发时，所述的引发剂为过硫酸钾、偶氮二异丁腈、过硫酸铵、及过氧化二苯甲酰中的任一种。

优选的，当使用紫外光引发时，所述引发剂的浓度为1～10g/L，所述原位自由基聚合反应的反应时间为10～80分钟；

当使用热引发时，所述引发剂的浓度为0.5～2g/L，所述原位自由基聚合反应的反应时间为15～30小时；

优选的，所述催化剂为N，N，N′，N′-四甲基乙二胺、三乙醇胺或硫代硫酸钠中的任一种。

优选的，所述催化剂的浓度为0.5～1mL/L。

优选的，所述二氧化钛纳米复合水凝胶断裂延伸率为200～3000％，断裂强度为100～300KPa；当压缩95％时，压缩强度为2～8.5MPa。

与现有技术相比，本发明包括以下优点：

本申请以纳米二氧化钛为多功能交联剂，以丙烯酰胺或丙烯酸酯类单体为共聚单体制备了二氧化钛纳米复合水凝胶，得到的水凝胶的具有均匀的孔结构，在紫外光照射条件下透过率几乎为0，通过在较大范围内改变纳米二氧化钛溶胶溶度与共聚单体的种类和配比，可以调节水凝胶的机械性质。在优化的条件下，最大断裂延伸率可达3000％，断裂强度200KPa以上；当压缩95％时，压缩强度可达8MPa以上，当撤去外力后，样品能在较短的时间内恢复到压缩前状态，表现出很好的恢复性，同时还有较大的溶胀率，这些性质使其在人工肌肉，药物释放，生物执行器，紫外防护材料等领域有良好的应用前景。

进一步，本申请所述的高强度二氧化钛纳米复合水凝胶的制备方法，利用纳米TiO₂作为水凝胶的多功能交联剂，不使用任何的有机交联剂，工艺简单，成本低廉，可以进行大规模的生产。

附图说明

图1是本申请的一种高强度二氧化钛纳米复合水凝胶的制备方法实施例的步骤流程图；

图2a和图2b分别是本申请实施例2中所制备的二氧化钛纳米复合水凝胶在不同分辨率下的扫描电镜图；

图3a、图3b和图3c分别是本申请实施例4中所制备的二氧化钛纳米复合水凝胶的拉伸应变应力曲线、拉伸前和拉伸后的实物照片；

图4a、图4b和图4c分别是本申请实施例6中所制备的二氧化钛纳米复合水凝胶的压缩应变应力曲线、压缩前和压缩后的实物照片；

图5a和图5b分别是本申请实施例8中所制备的二氧化钛纳米复合水凝胶在20℃恒温水浴中溶胀率随时间变化曲线，以及光透过率随波长变化的曲线。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

将纳米微粒加入聚合物水凝胶可以用来提高水凝胶的力学强度，现有技术中主要是通过将纳米二氧化钛进行表面改性后通过掺杂或填充作用来提高水凝胶材料的力学性能，但是仍然无法满足水凝胶在生物医学材料等领域的应用要求。有鉴于此，本专利发明人创造性地提出本发明实施例的核心构思之一在于，提出一种高强度二氧化钛纳米复合水凝胶的制备方法，使制备的水凝胶的力学特性大大提高。

参考图1，示出了本发明的一种高强度二氧化钛纳米复合水凝胶的制备方法实施例的流程图，具体可以包括以下步骤：

步骤101、在经除氧处理的纳米二氧化钛溶胶中，加入丙烯酰胺或丙烯酸酯类单体，并在通惰性气体鼓泡的条件下搅拌形成水溶液。

为了防止二氧化钛溶胶中的氧气对后续聚合反应的影响，需要对纳米二氧化钛溶胶进行除氧处理，在具体的实现中，所述除氧处理可以为，将所述纳米二氧化钛水溶胶在搅拌条件下通入预设时间的惰性气体，以除去其中的氧气。在加入丙烯酰胺或丙烯酸酯类单体后，还需在液面以下通入惰性气体，继续除氧，并对混合的溶液进行搅拌一段时间使其形成均一稳定的水溶液。在具体的实现中，搅拌的时间可以为10～30分钟。

由于纳米二氧化钛溶胶是纳米粒径的，浓度太高容易发生团聚，因此，在本申请中，所述纳米二氧化钛溶胶的质量分数可以为3％～35％中任一值。

优选的，所述纳米二氧化钛溶胶可以为粒径为5～100nm的酸性纳米二氧化钛溶胶。

在本申请的一种优选实施例中，所述丙烯酰胺和/或丙烯酸酯类单体可以为丙烯酸、丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸甲酯或2-羟乙基甲基丙烯酸酯中的任一种或多种的混合物。

在本申请的一种优选实施例中，所述丙烯酰胺或丙烯酸酯类单体的浓度可以为0.1～3mol/L中任一值。

步骤102、将惰性气体移至所述水溶液的液面以上，在0～5℃条件下，在所述水溶液中加入催化剂和/或引发剂，并混合均匀；

步骤103、将所述水溶液的所在容器密封，在紫外光引发或热引发的条件下，所述水溶液中发生以纳米二氧化钛作为交联剂的原位自由基聚合反应，生成二氧化钛纳米复合水凝胶。

在加入丙烯酰胺和丙烯酸酯类单体后，为避免其与纳米二氧化钛发生反应，需要将所形成的水溶液置于0～5℃的条件下，在具体的实现中，可以将所述水溶液进行冰水浴。同时将惰性气体转移到水溶液的液面以上，在水溶液中加入催化剂和/或引发剂后，对水溶液进行搅拌使之混合均匀。优选的，所述惰性气体可以为氮气、氦气或氩气中的一种。

加入催化剂和/或引发剂后，在紫外光引发或热引发的条件下，水溶液中会发生原位自由基聚合反应，即丙烯酰胺或丙烯酸酯类单体在纳米二氧化钛存在的条件下发生共聚反应生成二氧化钛纳米复合水凝胶。其中，纳米二氧化钛作为凝胶形成的交联剂。

在具体的实现中，当使用紫外光引发时，由于纳米二氧化钛在紫外光照条件下本身具有引发自由基聚合的作用，可以作为光催化剂替代引发剂的作用，因此可以不加入引发剂；也可以以1-羟基环己基苯基甲酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、2-羟基-4′-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮、2-二甲氨基-2-苄基-1-[4-(4-吗啉基)苯基]-1-丁酮或2，4，6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦中的任一种作为引发剂。

当使用热引发时，所述的引发剂可以为过硫酸钾、偶氮二异丁腈、过硫酸铵、及过氧化二苯甲酰中的任一种。

优选的，当使用紫外光引发时，所述引发剂的浓度为1～10g/L，所述原位自由基聚合反应的反应时间可以为10～80分钟。当使用热引发时，所述原位自由基聚合反应的反应时间可以为15～30小时，所述引发剂的浓度可以为0.5～2g/L。

在具体的实现中，所述催化剂可以为N，N，N′，N′-四甲基乙二胺、三乙醇胺或硫代硫酸钠中的任一种。优选的，所述催化剂的浓度可以为0.5～1mL/L，例如将0.5ml的催化剂纯液体稀释到1L的体积。

本申请得到的水凝胶可以使用扫描电子显微镜观察其微观结构，使用紫外可见吸光光度计测试紫外屏蔽功能，以及精密万能试验机测试机械性质。为方便测试水凝胶的机械性能，可以在加入催化剂和/或引发剂进行搅拌后，将搅拌后的溶液转移到不同形状的容器中，例如，转入比色皿中，得到的水凝胶为扁圆柱形，便于进行压缩性能的测试，转入玻璃管中，得到的水凝胶为长圆柱形，便于进行拉升性能的测试。

利用本申请的方法得到的二氧化钛纳米复合水凝胶，其断裂延伸率可以为200～3000％，断裂强度可以为100～300KPa；当压缩95％时，压缩强度可以为2～8.5MPa。

为使本领域技术人员更好地理解本发明，以下通过具体的实施例来说明本申请中二氧化钛纳米复合水凝胶的制备方法。

实施例1、将9.5g质量分数5％的纳米TiO₂水溶胶加入到20ml小瓶中，磁力搅拌条件下通氮气鼓泡2小时去除氧气，加入1.01g N-羟甲基丙烯酰胺，在通氮气鼓泡的条件下搅拌15分钟形成水溶液；然后进行冰水浴10分钟，加入0.3ml质量分数为2％的硫代硫酸钠溶液，5μl偶氮二异丁腈，搅拌均匀后分别转入3ml比色皿和玻璃管中，封口静置15小时，得到TiO₂纳米复合水凝胶。

此凝胶在压缩形变为95％时，压缩强度为2.3MPa，压缩后能缓慢恢复到压缩前形状；断裂伸长率为2651％，拉伸强度为21.8KPa。

实施例2、将9.5g质量分数10％的纳米TiO₂水溶胶加入到20ml小瓶中，磁力搅拌条件下通氮气鼓泡2小时去除氧气，加入0.71g丙烯酰胺，在通氮气鼓泡的条件下搅拌15分钟形成水溶液；然后进行冰水浴10分钟，加入0.5ml质量分数为2％的过硫酸钾溶液，8μl N，N，N′N′-四甲基乙二胺，搅拌均匀后分别转入比色皿和玻璃管中，封口静置20小时，得到TiO₂纳米复合水凝胶。

此凝胶在压缩形变为95％时，压缩强度为4.5MPa，压缩后能缓慢恢复到压缩前形状；断裂伸长率为2039％，拉伸强度为27.8KPa。如图2a和图2b分别为本申请实施例2中所制备的二氧化钛纳米复合水凝胶在不同分辨率下的扫描电镜图。

由图2a和图2b可以看出制备的水凝胶有均匀三维的网络结构。

实施例3、将9.5g质量分数15％纳米的TiO₂水溶胶加入到20ml小瓶中，磁力搅拌条件下通氮气鼓泡2小时去除氧气，加入1.13g N-异丙基丙烯酰胺，在通氮气鼓泡的条件下搅拌15分钟形成水溶液；然后进行冰水浴10分钟，加入0.8ml质量分数为2％的过硫酸钾溶液，10μl三乙醇胺，搅拌均匀后转入比色皿和玻璃管中，封口静置20小时，得到TiO₂纳米复合水凝胶。

此凝胶在压缩形变为95％时，压缩强度为8.1MPa，压缩后能迅速恢复到压缩前形状；断裂伸长率为619％，拉伸强度为139.4KPa。

实施例4、将9.5g质量分数15％的纳米TiO₂水溶胶加入到20ml小瓶中，磁力搅拌条件下通氦气鼓泡2小时去除氧气，加入0.35g丙烯酰胺和0.57g N-异丙基丙烯酰胺，在通氦气鼓泡的条件下搅拌15分钟形成水溶液；然后进行冰水浴10分钟，加入0.8ml质量分数为2％的过硫酸钾溶液，10μl N，N，N′N′-四甲基乙二胺，搅拌均匀后分别转入比色皿和玻璃管中，封口静置30小时，得到TiO₂纳米复合水凝胶。

此凝胶在压缩形变为95％时，压缩强度为8.17MPa，压缩后能迅速恢复到压缩前形状；断裂伸长率为1454％，拉伸强度为217KPa。图3a、图3b和图3c分别是本申请实施例4中所制备的二氧化钛纳米复合水凝胶的拉伸应变应力曲线、拉伸前和拉伸后实物照片。

由图3a、图3b和图3c可以看出：制备的水凝胶具有良好的机械性能，能够在较大范围内拉伸，承受较大的应力而不断裂。

实施例5、将9.5g质量分数10％的纳米TiO₂的水溶胶加入到20ml小瓶中，磁力搅拌条件下通氦气鼓泡2小时去除氧气，加入0.99g N，N-二甲基丙烯酰胺，在通氦气鼓泡的条件下搅拌15分钟形成水溶液；然后进行冰水浴10分钟，加入0.5ml质量分数为2％的硫代硫酸钠溶液，5μlN，N，N′N′-四甲基乙二胺，搅拌均匀后分别转入比色皿和玻璃管中，封口静置25小时，得到TiO₂纳米复合水凝胶。

此凝胶在压缩形变为95％时，压缩强度为5.05MPa，压缩后能缓慢恢复到压缩前形状；断裂伸长率为2113％，拉伸强度为29.6KPa。

实施例6、将9.5g质量分数15％的纳米TiO₂的水溶胶加入到20ml小瓶中，磁力搅拌条件下通氦气鼓泡2小时去除氧气，加入0.49g N，N-二甲基丙烯酰胺和0.35g丙烯酰胺，在通氦气鼓泡的条件下搅拌15分钟形成水溶液；然后进行冰水浴10分钟，加入0.02g 2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮，10μl N，N，N′N′-四甲基乙二胺，搅拌均匀后分别转入比色皿和玻璃管中，封口紫外光照30min，得到TiO₂纳米复合水凝胶。

此凝胶在压缩形变为95％时，压缩强度为7.75MPa，压缩后能迅速恢复到压缩前形状；断裂伸长率为1702％，拉伸强度为147.8KPa。图4a、图4b和图4c分别为本申请实施例6中所制备的二氧化钛纳米复合水凝胶的压缩应变应力曲线、压缩前和压缩后的实物照片。

由图4a、图4b和图4c可以看出：制备的水凝胶具有良好的机械性能，能够在较大范围内压缩，在压缩95％后，撤去外力能快速恢复到初始形状，显示出优异的压缩韧性。

实施例7、将9.5g质量分数15％的纳米TiO₂水溶胶加入到20ml小瓶中，磁力搅拌条件下通氩气鼓泡2小时去除氧气，加入0.86g甲基丙烯酰胺，在通氩气鼓泡的条件下搅拌15分钟形成水溶液；然后进行冰水浴10分钟，加入0.05g 1-羟基环己基苯基甲酮，10μl三乙醇胺，搅拌均匀后分别转入比色皿和玻璃管中，封口紫外光照60min，得到TiO₂纳米复合水凝胶。

此凝胶在压缩形变为95％时，压缩强度为7.23MPa，压缩后能迅速恢复到压缩前形状；断裂伸长率为1527％，拉伸强度为126.4KPa。

实施例8、将9.5g质量分数10％的纳米TiO₂水溶胶加入到20ml小瓶中，磁力搅拌条件下通氩气鼓泡2小时去除氧气，加入0.43g甲基丙烯酰胺和0.57N-异丙基丙烯酰胺，在通氩气鼓泡的条件下搅拌15分钟形成水溶液；然后进行冰水浴10分钟，加入0.07g 2-羟基-4′-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮，6μl N，N，N′N′-四甲基乙二胺，搅拌均匀后分别转入比色皿和玻璃管中，封口紫外光照80min，得到TiO₂纳米复合水凝胶。

此凝胶在压缩形变为95％时，压缩强度为3.01MPa，压缩后能缓慢恢复到压缩前形状；断裂伸长率为1885％，拉伸强度为64.4KPa。图5a和图5b分别为实施例8中所制备的二氧化钛纳米复合水凝胶在20℃恒温水浴中溶胀率随时间变化曲线，以及光透过率随波长变化的曲线。

由图5a可以看出，制备的水凝胶在水中能够溶胀吸水，在达到溶胀平衡以后长时间浸泡在水中不溶解，显示出很好的稳定性。图5b中，实线代表本实施例所制备的二氧化钛纳米复合水凝胶，虚线代表传统方法制备的二氧化钛纳米复合水凝胶，由图5b可以看出，随着波长的降低，光在通过本实施例的水凝胶时，透过率随着波长的降低而下降，并且波长小于380nm的紫外光区段，光的透过率为0，相比于传统方法制备的水凝胶，显示出优异的防紫外性能。

实施例9、将9.5g质量分数25％的纳米TiO₂水溶胶加入到20ml小瓶中，磁力搅拌条件下通氮气鼓泡2小时去除氧气，加入0.72g丙烯酸，在通氮气鼓泡的条件下搅拌15分钟形成水溶液；然后进行冰水浴10分钟，加入0.1g 2，4，6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦，8μl N，N，N′N′-四甲基乙二胺，搅拌均匀后分别转入3ml比色皿和玻璃管中，封口紫外光照80min，得到TiO₂纳米复合水凝胶。

此凝胶在压缩形变为95％时，压缩强度为8.5MPa，压缩后快速恢复到压缩前形状；断裂伸长率为758％，拉伸强度为215KPa。

实施例10、将9.5g质量分数15％的纳米TiO₂水溶胶加入到20ml小瓶中，磁力搅拌条件下通氮气鼓泡2小时去除氧气，加入1.00g甲基丙烯酸甲酯，在通氮气鼓泡的条件下搅拌15分钟形成水溶液；然后进行冰水浴10分钟，加入0.8ml浓度为2％过硫酸钾溶液，10μl N，N，N′N′-四甲基乙二胺，搅拌均匀后分别转入3ml比色皿和玻璃管中，封口静置24h，得到TiO₂纳米复合水凝胶。

此凝胶在压缩形变为95％时，压缩强度为7.8MPa，压缩后快速恢复到压缩前形状；断裂伸长率为956％，拉伸强度为205KPa。

对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和部件并不一定是本发明所必须的。

本发明提供了一种高强度二氧化钛纳米复合水凝胶的制备方法，以纳米二氧化钛为多功能交联剂，以丙烯酰胺或丙烯酸酯类单体为共聚单体制备了二氧化钛纳米复合水凝胶，得到的水凝胶的具有均匀的孔结构，在紫外光照射条件下透过率几乎为0，通过在较大范围内改变纳米二氧化钛溶胶溶度与共聚单体的种类和配比，可以调节水凝胶的机械性质。在优化的条件下，最大断裂延伸率可达3000％，断裂强度200KPa以上；当压缩95％时，压缩强度可达8MPa以上，当撤去外力后，样品能在较短的时间内恢复到压缩前状态，表现出很好的恢复性，同时还有较大的溶胀率，这些性质使其在人工肌肉，药物释放，生物执行器，紫外防护材料等领域有良好的应用前景。

以上对本发明所提供的一种高强度二氧化钛纳米复合水凝胶的制备方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种高强度二氧化钛纳米复合水凝胶的制备方法，其特征在于，包括：

在经除氧处理的纳米二氧化钛溶胶中，加入丙烯酰胺和/或丙烯酸酯类单体，并在通惰性气体鼓泡的条件下搅拌形成水溶液，其中，所述纳米二氧化钛溶胶为粒径为5～100nm的酸性纳米二氧化钛溶胶，所述纳米二氧化钛溶胶的质量分数为3%～35%中任一值；

将惰性气体移至所述水溶液的液面以上，在0～5℃条件下，在所述水溶液中加入催化剂，并混合均匀；

将所述水溶液的所在容器密封，在紫外光引发且不加入引发剂的条件下，所述水溶液中发生以纳米二氧化钛作为交联剂的原位自由基聚合反应，生成二氧化钛纳米复合水凝胶，所述二氧化钛纳米复合水凝胶断裂延伸率为200～3000%，断裂强度为100～300KPa；当压缩95%时，压缩强度为2～8.5MPa。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述除氧处理为，将所述纳米二氧化钛溶胶在搅拌条件下通入预设时间的惰性气体。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述丙烯酰胺和/或丙烯酸酯类单体为丙烯酸、丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸甲酯或2-羟乙基甲基丙烯酸酯中的任一种或多种的混合物。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述丙烯酰胺或丙烯酸酯类单体的浓度为0.1～3mol/L中任一值。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述原位自由基聚合反应的反应时间为10～80分钟。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述催化剂为N,N,Nˊ,Nˊ-四甲基乙二胺、三乙醇胺或硫代硫酸钠中的任一种。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述催化剂的浓度为0.5～1mL/L。