CN110105482B - 一种自愈合水凝胶及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自愈合水凝胶及其制备方法，由包括如下比例的组分制成：丙烯酰胺类单体∶去离子水∶交联剂∶过硫化物∶N，N,N，N‑四甲基乙二胺＝2‑4g∶10‑20mL∶10‑20mL∶80‑100mg∶150‑200μL，还包括适量疏水化试剂。本发明以去离子水水为溶剂，制备出的水凝胶材料，干燥之后材料仍然具有超强的机械性能，且自愈合效果良好，愈合条件简单，在制备自愈合高强度凝胶材料领域具有深远的意义。
Description
技术领域
本发明属于水凝胶制备技术领域，具体涉及一种自愈合水凝胶及其制备方法。
背景技术
水凝胶是一类以水作为溶剂，通过聚合等反应形成的凝胶材料。一般的水凝胶因为富含水分，大多柔软具有弹性，在失去水分之后萎缩易脆。很多水凝胶材料在应用一段时间，特别是干燥之后便会出现裂缝甚至断裂。自愈合是凝胶材料的重要性能之一。如果材料本身具备一定自愈合性能，便可以自动愈合，完好如初。大多数凝胶材料都不具备自愈合性能，有些材料在外界环境(光、温度、湿度、酸碱度等)的刺激下，也会发生自愈合反应，使材料的机械性能得到恢复，但是外界条件一般情况下难以恰好满足这些材料的要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种自愈合水凝胶。
本发明的另一目的在于提供上述自愈合水凝胶的制备方法。
本发明的技术方案如下：
一种自愈合水凝胶，由包括如下比例的组分制成：丙烯酰胺类单体∶去离子水∶交联剂∶过硫化物∶N，N，N，N-四甲基乙二胺＝2-4g∶10-20mL∶10-20mL∶80-100mg∶150-200μL，
其中，过硫化物作为引发剂，N，N，N，N-四甲基乙二胺作为催化剂，交联剂为浓度为20-40wt％的纳米二氧化硅溶胶或表面富含羟基的纳米二氧化硅衍生物的溶液。
在本发明的一个优选实施方案中，所述丙烯酰胺类单体包括N-异丙基丙烯酰胺、丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺和N，N-亚甲基双丙烯酰胺。
在本发明的一个优选实施方案中，所述过硫化物包括过硫酸铵和过硫酸钾。
在本发明的一个优选实施方案中，所述交联剂中的纳米二氧化硅的粒径为20-200nm。
上述自愈合水凝胶的制备方法，包括如下步骤：
(1)将丙烯酰胺类单体溶解于去离子水，接着加入交联剂，混合后于800-1000rpm的转速搅拌10-15min，超声处理25-40min使交联剂均匀分散，再加入N，N，N，N-四甲基乙二胺和过硫化物，搅拌均匀后，于40-60℃静置30-50min；
(2)将步骤(1)所得的物料用浓度为1-1.5mol/L的氢氧化钠溶液浸泡，获得胶体；
(3)将上述胶体挤压至模具中，室温干燥10-15d，即得所述自愈合水凝胶。
本发明的有益效果是：本发明以去离子水水为溶剂，制备出的水凝胶材料，干燥之后材料仍然具有超强的机械性能，且自愈合效果良好，愈合条件简单，在制备自愈合高强度凝胶材料领域具有深远的意义。
附图说明
图1为本发明实施例1至3所制备的自愈合水凝胶的实物照片，从左至右依次为：剪切后、自愈合后和自愈合后的强度检测的照片
具体实施方式
以下通过具体实施方式结合附图对本发明的技术方案进行进一步的说明和描述。
实施例1：
首先将3g异丙基丙烯酰胺、10mL水、20mL纳米二氧化硅溶胶均匀混合，搅拌10min，超声30min使纳米二氧化硅颗粒均匀分散在溶液中。加入80mg过硫酸铵和150μLN，N，N，N-四甲基乙二胺，搅拌至溶液均匀稳定后。在60℃烘箱中静置30min，接着浸泡在1mol/L氢氧化钠溶液中，轻轻搅动，使物料充分浸泡并强化。将交联好的凝胶在模具中压缩成型。室温干燥15d，得到具有超强机械性能的自愈合水凝胶。如图1所示，使用万能压缩试验机对该自愈合水凝胶进行剪切实验，断面部分浸湿在75％乙醇溶液中，拼接在一起后，室温干燥15天。使用万能试验机测试测试对上述自愈合水凝胶的剪切应力，愈合后断裂压力达到原材料的99.11％。
实施例2：
首先将3g异丙基丙烯酰胺、10mL水、15mL纳米二氧化硅溶胶均匀混合，搅拌10min，超声30min使纳米二氧化硅颗粒均匀分散在溶液中。加入60mg过硫酸铵和150μLN，N，N，N-四甲基乙二胺，搅拌至溶液均匀稳定后。在60℃烘箱中静置30min。取出样品，浸泡在1mol/L氢氧化钠溶液中，获得胶体，之后将胶体挤压到模具中，室温干燥10-15d，得到具有超强机械性能的自愈合水凝胶。如图1所示，使用万能压缩试验机对上述自愈合水凝胶进行剪切实验，断面部分浸湿在75％乙醇溶液中，拼接在一起后，室温干燥15天。使用万能试验机测试测试对上述自愈合水凝胶的剪切应力，愈合后断裂压力达到原材料的97.28％。
实施例3：
首先将3g异丙基丙烯酰胺、15mL水、15mL纳米二氧化硅溶胶均匀混合，搅拌10min，超声30min使纳米二氧化硅颗粒均匀分散在溶液中。加入60mg过硫酸铵和150μLN，N，N，N-四甲基乙二胺，搅拌至溶液均匀稳定后。在60℃烘箱中静置30min。取出样品，浸泡在1mol/L氢氧化钠溶液中，获得胶体，之后将胶体挤压到模具中，室温干燥10-15d，得到具有超强机械性能的自愈合水凝胶。如图1所示，使用万能压缩试验机对上述自愈合水凝胶进行剪切实验，断面部分浸湿在水溶液中，拼接在一起后，室温干燥15d。使用万能试验机测试测试对上述自愈合水凝胶的剪切应力，愈合后断裂压力达到原材料的95.34％。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。
Claims (4)
1.一种自愈合水凝胶，其特征在于：由包括如下比例的组分制成：丙烯酰胺类单体：去离子水：交联剂：过硫化物：N,N,N,N-四甲基乙二胺＝2-4g：10-20mL：10-20mL：80-100mg：150-200μL，
其中，过硫化物作为引发剂，N,N,N,N-四甲基乙二胺作为催化剂，交联剂为浓度为20-40wt％的纳米二氧化硅溶胶或表面富含羟基的纳米二氧化硅衍生物的溶液；
其制备方法包括如下步骤：
(1)将丙烯酰胺类单体溶解于去离子水，接着加入交联剂，混合后于800-1000rpm的转速搅拌10-15min，超声处理25-40min使交联剂均匀分散，再加入N,N,N,N-四甲基乙二胺和过硫化物，搅拌均匀后，于40-60℃静置30-50min；
(2)将步骤(1)所得的物料用浓度为1-1.5mol/L的氢氧化钠溶液浸泡，获得胶体；
(3)将上述胶体挤压至模具中，室温干燥10-15d，即得所述自愈合水凝胶。
2.如权利要求1所述的一种自愈合水凝胶，其特征在于：所述丙烯酰胺类单体包括N-异丙基丙烯酰胺、丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺和N,N-亚甲基双丙烯酰胺。
3.如权利要求1所述的一种自愈合水凝胶，其特征在于：所述过硫化物包括过硫酸铵和过硫酸钾。
4.如权利要求1所述的一种自愈合水凝胶，其特征在于：所述交联剂中的纳米二氧化硅的粒径为20-200nm。
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