CN112029056A - 一种多重交联型高强度温敏性水凝胶及其制法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及水凝胶材料材料技术领域，且公开了一种多重交联型高强度温敏性水凝胶，包括以下配方原料及组分：改性明胶、N‑异丙基丙烯酰胺、改性膨润土、交联剂、引发剂、AlCl3。该一种多重交联型高强度温敏性水凝胶，通过顺丁烯二酸酐开环酰化得到改性明胶，通过丙烯酸酯化得到改性膨润土，与N‑异丙基丙烯酰胺通过化学键交联聚合形成水凝胶材料，改善了明胶和膨润土在水凝胶中的分散性和相容性，改性膨润土中的羟基与聚合物分子链形成大量氢键，形成稳定的氢键三维网络结构，Al3+与改性膨润土、改性明胶接枝中的羧基通过络合配位形成离子交联，在多重交联作用下，增强了水凝胶材料的交联密度，拉伸强度和力学性能。

Description

一种多重交联型高强度温敏性水凝胶及其制法
技术领域
本发明涉及水凝胶材料材料技术领域，具体为一种多重交联型高强度温敏性水凝胶及其制法。
背景技术
水凝胶是一种黏弹性材料，以水为分散介质的凝胶，由连续的亲水性三维网状聚合物或小分子经物理或化学交联构成，亲水性三维交联网络，使水凝胶可以溶胀和保有大量的水而不溶解，水凝胶材料具有良好的亲水性和生物相容性，水凝胶可分为天然高分子水凝胶、合成高分子水凝胶和天然高分子-合成高分子复合水凝胶，其产品主要有抗旱剂，保湿面膜、农用薄膜、矿业抑尘剂和医疗药物载体等，在工业、农业、建筑业、医疗产业具有广泛的应用。
智能型水凝胶具有传统水凝胶高吸水保水的特点，还能对温度、pH等外界环境微小的变化做出特异性反应，聚N-异丙基丙烯酰胺是一种良好的热响应性水凝胶之一，其体积相转变温度与生物体的温度很接近，并且当体积相转变温度不同于环境温度时，水凝胶可以在膨胀状态和收缩状态之间相互转换，使得聚N-异丙基丙烯酰胺水凝胶在农业、工业和生物医学等领域极具应用价值，但是由于聚N-异丙基丙烯酰胺等高分子聚合物的本征特性及水分子的塑化作用，使得水凝胶的韧性和断裂强度等机械强度和力学性能不高，大大降低了水凝胶材料的实用性。
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种多重交联型高强度温敏性水凝胶及其制法，解决了聚N-异丙基丙烯酰胺水凝胶材料的机械强度和力学性能较差的问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种多重交联型高强度温敏性水凝胶，包括以下按重量份数计的配方原料及组分：14-20份改性明胶、46-50份N-异丙基丙烯酰胺、7-26份改性膨润土、6-8份交联剂、1-3份引发剂、7-12份AlCl3。
优选的，所述交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺。
优选的，所述引发剂为过硫酸铵。
优选的，所述改性明胶制备方法包括以下步骤：
(1)向反应瓶中加入质量分数为18-25％的明胶溶液，加入氢氧化钠调节溶液pH至9-10，再加入顺丁烯二酸酐，将反应瓶置于恒温水浴锅中，加热至40-60℃，匀速搅拌反应2-4h。
(2)向反应瓶中加入醋酸调节溶液pH至5-6，将溶液静置冷却至室温形成凝胶状，将凝胶置于透析袋中，加入蒸馏水进行透析除杂过程，将凝胶减压浓缩除去水分，并充分干燥，固体产物进行球磨，直至通过1000-1500目网筛，制备得到顺丁烯二酸酐开环酰化的改性明胶。
优选的，所述明胶和顺丁烯二酸酐的质量比为15-20:1。
优选的，所述恒温水浴锅包括箱体，箱体的正面设置有主面板，主面板的右侧活动连接有控制面板，主面板的内部设置有观察窗，控制面板的正面分别设置有温度旋钮，电流旋钮和电压旋钮，箱体的背面设置有散热孔。
优选的，所述改性膨润土制备方法包括以下步骤：
(1)向反应瓶中物质的量浓度为0.05-0.08mol/L的盐酸溶液，加入粒径为800-1200目的膨润土，搅拌均匀后将反应瓶置于超声分散仪中，进行超声分散处理40-60min，超声频率为25-30KHz，然后静置进行沉降过程，除去粗砂，制得活性白土。
(2)向反应瓶中加入蒸馏水、活性白土和粒径为1200-1500目氧化钙，将反应瓶置于超声分散仪中，进行超声分散处理40-60h，超声频率为25-35KHz，再将反应瓶置于恒温水浴锅中加热至55-65℃，匀速搅拌反应6-8h，将溶液减压浓缩除去溶剂，使用蒸馏水洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到碱性钙基膨润土。
(3)向反应瓶中加入乙醇和蒸馏水混合溶剂，两者体积比为2-3:1，再加入碱性钙基膨润土和丙烯酸，将反应瓶置于超声分散仪中，进行超声分散处理1-2h，超声频率为25-35KHz，再将反应瓶置于油浴锅中加热至80-90℃，匀速搅拌回流反应4-8h，将溶液减压浓缩除去溶剂，使用蒸馏水洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到丙烯酸接枝的改性膨润土。
优选的，所述活性白土和氧化钙的质量比为2.5-4.5:1。
优选的，所述碱性钙基膨润土和丙烯酸的质量比为1:1.5-3。
优选的，所述多重交联型高强度温敏性水凝胶制备方法包括以下步骤：
(1)向反应瓶中加入蒸馏水、14-20份改性明胶、46-50份N-异丙基丙烯酰胺、7-26份改性膨润土和7-12份AlCl3，搅拌均匀后将反应瓶置于超声分散仪中，进行超声分散处理1-2h，超声频率为30-40KHz。
(2)向反应瓶中加入6-8份交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺和1-3份引发剂过硫酸铵，将反应瓶置于低温冷却仪中，在5-15℃下，匀速搅拌反应10-15h，然后静置10-18h，减压浓缩除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物并充分干燥，制备得到多重交联型高强度温敏性水凝胶。
(三)有益的技术效果
与现有技术相比，本发明具备以下有益的技术效果：
该一种多重交联型高强度温敏性水凝胶，天然高分子材料明胶具有一定的三维空间结构，良好的生物降解性和生物相容性，使用顺丁烯二酸酐开环与明胶中的氨基通过酰化反应，得到酰化的改性明胶，丙烯酸的羧基和碱性钙基膨润土中的羟基反应，通过酯化反应得到丙烯酸接枝的改性膨润土。
该一种多重交联型高强度温敏性水凝胶，使用N,N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，过硫酸铵为引发剂，使改性明胶接枝中的开环顺丁烯二酸酐中的烯键、改性膨润土中接枝的丙烯酸中的烯键，以及N-异丙基丙烯酰胺中的烯键，三者之间通过提高化学键交联聚合形成水凝胶材料，增强了水凝胶的交联度和拉伸强度，通过化学键的交联，改善了明胶和膨润土在水凝胶中的分散性和相容性，并且改性膨润土中的羟基与聚合物分子链形成大量氢键，形成稳定的氢键三维网络结构，改善了N-异丙基丙烯酰胺水凝胶的交联密度，增强了材料的机械强度和力学性能。
该一种多重交联型高强度温敏性水凝胶，Al3+与改性膨润土中接枝的丙烯酸中的羧基、改性明胶接枝中的开环顺丁烯二酸酐中的羧基，形成络合配位，通过离子交联，增强了N-异丙基丙烯酰胺水凝胶的交联密度和机械强度，同时性膨润土和改性明胶中大量的亲水性羟基和羧基基团，通过了N-异丙基丙烯酰胺水凝胶的亲水性能，增强了材料的吸收量和保水率。
该一种多重交联型高强度温敏性水凝胶，通过化学键交联、氢键网络以及离子键交联的多重交联，大幅增强了水凝胶材料的交联密度，拉伸强度和力学性能，提高了材料的实用性和使用寿命。
附图说明
图1为本发明连接结构主视图；
图2为本发明连接结构左视图；
图3为本发明连接结构后视图。
图中：1-箱体、2-主面板、3-控制面板、4-观察窗、5-温度旋钮、6-电流旋钮、7-电压旋钮、8-散热孔。
具体实施方式
为实现上述目的，本发明提供如下具体实施方式和实施例：一种多重交联型高强度温敏性水凝胶，包括以下按重量份数计的配方原料及组分：14-20份改性明胶、46-50份N-异丙基丙烯酰胺、7-26份改性膨润土、6-8份交联剂、1-3份引发剂、7-12份AlCl3，交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺，引发剂为过硫酸铵。
改性明胶制备方法包括以下步骤：
(1)向反应瓶中加入质量分数为18-25％的明胶溶液，加入氢氧化钠调节溶液pH至9-10，再加入顺丁烯二酸酐，其中明胶和顺丁烯二酸酐的质量比为15-20:1，将反应瓶置于恒温水浴锅中，恒温水浴锅包括箱体，箱体的正面设置有主面板，主面板的右侧活动连接有控制面板，主面板的内部设置有观察窗，控制面板的正面分别设置有温度旋钮，电流旋钮和电压旋钮，箱体的背面设置有散热孔，加热至40-60℃，匀速搅拌反应2-4h。
(2)向反应瓶中加入醋酸调节溶液pH至5-6，将溶液静置冷却至室温形成凝胶状，将凝胶置于透析袋中，加入蒸馏水进行透析除杂过程，将凝胶减压浓缩除去水分，并充分干燥，固体产物进行球磨，直至通过1000-1500目网筛，制备得到顺丁烯二酸酐开环酰化的改性明胶。
改性膨润土制备方法包括以下步骤：
(1)向反应瓶中物质的量浓度为0.05-0.08mol/L的盐酸溶液，加入粒径为800-1200目的膨润土，搅拌均匀后将反应瓶置于超声分散仪中，进行超声分散处理40-60min，超声频率为25-30KHz，然后静置进行沉降过程，除去粗砂，制得活性白土。
(2)向反应瓶中加入蒸馏水，活性白土和粒径为1200-1500目氧化钙，两者质量比为2.5-4.5:1，将反应瓶置于超声分散仪中，进行超声分散处理40-60h，超声频率为25-35KHz，再将反应瓶置于恒温水浴锅中加热至55-65℃，匀速搅拌反应6-8h，将溶液减压浓缩除去溶剂，使用蒸馏水洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到碱性钙基膨润土。
(3)向反应瓶中加入乙醇和蒸馏水混合溶剂，两者体积比为2-3:1，再加入碱性钙基膨润土和丙烯酸，两者质量比为1:1.5-3，将反应瓶置于超声分散仪中，进行超声分散处理1-2h，超声频率为25-35KHz，再将反应瓶置于油浴锅中加热至80-90℃，匀速搅拌回流反应4-8h，将溶液减压浓缩除去溶剂，使用蒸馏水洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到丙烯酸接枝的改性膨润土。
多重交联型高强度温敏性水凝胶制备方法包括以下步骤：
(1)向反应瓶中加入蒸馏水、14-20份改性明胶、46-50份N-异丙基丙烯酰胺、7-26份改性膨润土和7-12份AlCl3，搅拌均匀后将反应瓶置于超声分散仪中，进行超声分散处理1-2h，超声频率为30-40KHz。
(2)向反应瓶中加入6-8份交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺和1-3份引发剂过硫酸铵，将反应瓶置于低温冷却仪中，在5-15℃下，匀速搅拌反应10-15h，然后静置10-18h，减压浓缩除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物并充分干燥，制备得到多重交联型高强度温敏性水凝胶。
实施例1
(1)制备改性明胶组分1：向反应瓶中加入质量分数为18％的明胶溶液，加入氢氧化钠调节溶液pH至9，再加入顺丁烯二酸酐，其中明胶和顺丁烯二酸酐的质量比为15:1，将反应瓶置于恒温水浴锅中，恒温水浴锅包括箱体，箱体的正面设置有主面板，主面板的右侧活动连接有控制面板，主面板的内部设置有观察窗，控制面板的正面分别设置有温度旋钮，电流旋钮和电压旋钮，箱体的背面设置有散热孔，加热至40℃，匀速搅拌反应2h，向反应瓶中加入醋酸调节溶液pH至6，将溶液静置冷却至室温形成凝胶状，将凝胶置于透析袋中，加入蒸馏水进行透析除杂过程，将凝胶减压浓缩除去水分，并充分干燥，固体产物进行球磨，直至通过1000目网筛，制备得到顺丁烯二酸酐开环酰化的改性明胶组分1。
(2)制备活性白土组分1：向反应瓶中物质的量浓度为0.05mol/L的盐酸溶液，加入粒径为800目的膨润土，搅拌均匀后将反应瓶置于超声分散仪中，进行超声分散处理40min，超声频率为25KHz，然后静置进行沉降过程，除去粗砂，制得活性白土组分1。
(3)制备碱性钙基膨润土组分1：向反应瓶中加入蒸馏水，活性白土组分1和粒径为1200目氧化钙，两者质量比为2.5:1，将反应瓶置于超声分散仪中，进行超声分散处理40h，超声频率为25KHz，再将反应瓶置于恒温水浴锅中加热至55℃，匀速搅拌反应6h，将溶液减压浓缩除去溶剂，使用蒸馏水洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到碱性钙基膨润土组分1。
(4)制备丙烯酸接枝的改性膨润土组分1：向反应瓶中加入乙醇和蒸馏水混合溶剂，两者体积比为2:1，再加入碱性钙基膨润土组分1和丙烯酸，两者质量比为1:1.5，将反应瓶置于超声分散仪中，进行超声分散处理1h，超声频率为25KHz，再将反应瓶置于油浴锅中加热至80℃，匀速搅拌回流反应4h，将溶液减压浓缩除去溶剂，使用蒸馏水洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到丙烯酸接枝的改性膨润土组分1。
(5)制备多重交联型高强度温敏性水凝胶材料1：向反应瓶中加入蒸馏水、14份改性明胶组分1、46份N-异丙基丙烯酰胺、26份改性膨润土组分1和7份AlCl3，搅拌均匀后将反应瓶置于超声分散仪中，进行超声分散处理1h，超声频率为30KHz，向反应瓶中加入6份交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺和1份引发剂过硫酸铵，将反应瓶置于低温冷却仪中，在5℃下，匀速搅拌反应10h，然后静置10h，减压浓缩除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物并充分干燥，制备得到多重交联型高强度温敏性水凝胶材料1。
实施例2
(1)制备改性明胶组分2：向反应瓶中加入质量分数为25％的明胶溶液，加入氢氧化钠调节溶液pH至9，再加入顺丁烯二酸酐，其中明胶和顺丁烯二酸酐的质量比为15:1，将反应瓶置于恒温水浴锅中，恒温水浴锅包括箱体，箱体的正面设置有主面板，主面板的右侧活动连接有控制面板，主面板的内部设置有观察窗，控制面板的正面分别设置有温度旋钮，电流旋钮和电压旋钮，箱体的背面设置有散热孔，加热至40℃，匀速搅拌反应2h，向反应瓶中加入醋酸调节溶液pH至6，将溶液静置冷却至室温形成凝胶状，将凝胶置于透析袋中，加入蒸馏水进行透析除杂过程，将凝胶减压浓缩除去水分，并充分干燥，固体产物进行球磨，直至通过1500目网筛，制备得到顺丁烯二酸酐开环酰化的改性明胶组分2。
(2)制备活性白土组分2：向反应瓶中物质的量浓度为0.05mol/L的盐酸溶液，加入粒径为800目的膨润土，搅拌均匀后将反应瓶置于超声分散仪中，进行超声分散处理60min，超声频率为25KHz，然后静置进行沉降过程，除去粗砂，制得活性白土组分2。
(3)制备碱性钙基膨润土组分2：向反应瓶中加入蒸馏水，活性白土组分2和粒径为1500目氧化钙，两者质量比为2.5:1，将反应瓶置于超声分散仪中，进行超声分散处理40h，超声频率为35KHz，再将反应瓶置于恒温水浴锅中加热至55℃，匀速搅拌反应6h，将溶液减压浓缩除去溶剂，使用蒸馏水洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到碱性钙基膨润土组分2。
(4)制备丙烯酸接枝的改性膨润土组分2：向反应瓶中加入乙醇和蒸馏水混合溶剂，两者体积比为2:1，再加入碱性钙基膨润土组分2和丙烯酸，两者质量比为1:3，将反应瓶置于超声分散仪中，进行超声分散处理1h，超声频率为25KHz，再将反应瓶置于油浴锅中加热至90℃，匀速搅拌回流反应8h，将溶液减压浓缩除去溶剂，使用蒸馏水洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到丙烯酸接枝的改性膨润土组分2。
(5)制备多重交联型高强度温敏性水凝胶材料2：向反应瓶中加入蒸馏水、15.5份改性明胶组分2、47份N-异丙基丙烯酰胺、21份改性膨润土组分2和8.5份AlCl3，搅拌均匀后将反应瓶置于超声分散仪中，进行超声分散处理2h，超声频率为30KHz，向反应瓶中加入6.5份交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺和1.5份引发剂过硫酸铵，将反应瓶置于低温冷却仪中，在5℃下，匀速搅拌反应15h，然后静置10h，减压浓缩除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物并充分干燥，制备得到多重交联型高强度温敏性水凝胶材料2。
实施例3
(1)制备改性明胶组分3：向反应瓶中加入质量分数为20％的明胶溶液，加入氢氧化钠调节溶液pH至10，再加入顺丁烯二酸酐，其中明胶和顺丁烯二酸酐的质量比为17:1，将反应瓶置于恒温水浴锅中，恒温水浴锅包括箱体，箱体的正面设置有主面板，主面板的右侧活动连接有控制面板，主面板的内部设置有观察窗，控制面板的正面分别设置有温度旋钮，电流旋钮和电压旋钮，箱体的背面设置有散热孔，加热至50℃，匀速搅拌反应3h，向反应瓶中加入醋酸调节溶液pH至6，将溶液静置冷却至室温形成凝胶状，将凝胶置于透析袋中，加入蒸馏水进行透析除杂过程，将凝胶减压浓缩除去水分，并充分干燥，固体产物进行球磨，直至通过1200目网筛，制备得到顺丁烯二酸酐开环酰化的改性明胶组分3。
(2)制备活性白土组分3：向反应瓶中物质的量浓度为0.07mol/L的盐酸溶液，加入粒径为1000目的膨润土，搅拌均匀后将反应瓶置于超声分散仪中，进行超声分散处理50min，超声频率为28KHz，然后静置进行沉降过程，除去粗砂，制得活性白土组分3。
(3)制备碱性钙基膨润土组分3：向反应瓶中加入蒸馏水，活性白土组分3和粒径为1500目氧化钙，两者质量比为3.5:1，将反应瓶置于超声分散仪中，进行超声分散处理50h，超声频率为30KHz，再将反应瓶置于恒温水浴锅中加热至60℃，匀速搅拌反应7h，将溶液减压浓缩除去溶剂，使用蒸馏水洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到碱性钙基膨润土组分3。
(4)制备丙烯酸接枝的改性膨润土组分3：向反应瓶中加入乙醇和蒸馏水混合溶剂，两者体积比为2.5:1，再加入碱性钙基膨润土组分3和丙烯酸，两者质量比为1:2.2，将反应瓶置于超声分散仪中，进行超声分散处理1.5h，超声频率为30KHz，再将反应瓶置于油浴锅中加热至85℃，匀速搅拌回流反应6h，将溶液减压浓缩除去溶剂，使用蒸馏水洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到丙烯酸接枝的改性膨润土组分3。
(5)制备多重交联型高强度温敏性水凝胶材料3：向反应瓶中加入蒸馏水、17份改性明胶组分3、48份N-异丙基丙烯酰胺、15份改性膨润土组分3和9份AlCl3，搅拌均匀后将反应瓶置于超声分散仪中，进行超声分散处理1.5h，超声频率为35KHz，向反应瓶中加入7份交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺和2份引发剂过硫酸铵，将反应瓶置于低温冷却仪中，在10℃下，匀速搅拌反应12h，然后静置14h，减压浓缩除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物并充分干燥，制备得到多重交联型高强度温敏性水凝胶材料3。
实施例4
(1)制备改性明胶组分4：向反应瓶中加入质量分数为25％的明胶溶液，加入氢氧化钠调节溶液pH至9，再加入顺丁烯二酸酐，其中明胶和顺丁烯二酸酐的质量比为20:1，将反应瓶置于恒温水浴锅中，恒温水浴锅包括箱体，箱体的正面设置有主面板，主面板的右侧活动连接有控制面板，主面板的内部设置有观察窗，控制面板的正面分别设置有温度旋钮，电流旋钮和电压旋钮，箱体的背面设置有散热孔，加热至40℃，匀速搅拌反应4h，向反应瓶中加入醋酸调节溶液pH至5，将溶液静置冷却至室温形成凝胶状，将凝胶置于透析袋中，加入蒸馏水进行透析除杂过程，将凝胶减压浓缩除去水分，并充分干燥，固体产物进行球磨，直至通过1500目网筛，制备得到顺丁烯二酸酐开环酰化的改性明胶组分4。
(2)制备活性白土组分4：向反应瓶中物质的量浓度为0.08mol/L的盐酸溶液，加入粒径为800目的膨润土，搅拌均匀后将反应瓶置于超声分散仪中，进行超声分散处理40min，超声频率为30KHz，然后静置进行沉降过程，除去粗砂，制得活性白土组分4。
(3)制备碱性钙基膨润土组分4：向反应瓶中加入蒸馏水，活性白土组分4和粒径为1200目氧化钙，两者质量比为4.5:1，将反应瓶置于超声分散仪中，进行超声分散处理60h，超声频率为25KHz，再将反应瓶置于恒温水浴锅中加热至65℃，匀速搅拌反应8h，将溶液减压浓缩除去溶剂，使用蒸馏水洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到碱性钙基膨润土组分4。
(4)制备丙烯酸接枝的改性膨润土组分4：向反应瓶中加入乙醇和蒸馏水混合溶剂，两者体积比为3:1，再加入碱性钙基膨润土组分4和丙烯酸，两者质量比为1:1.5，将反应瓶置于超声分散仪中，进行超声分散处理2h，超声频率为35KHz，再将反应瓶置于油浴锅中加热至90℃，匀速搅拌回流反应4h，将溶液减压浓缩除去溶剂，使用蒸馏水洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到丙烯酸接枝的改性膨润土组分4。
(5)制备多重交联型高强度温敏性水凝胶材料4：向反应瓶中加入蒸馏水、18.5份改性明胶组分4、49份N-异丙基丙烯酰胺、12份改性膨润土组分4和10.5份AlCl3，搅拌均匀后将反应瓶置于超声分散仪中，进行超声分散处理2h，超声频率为40KHz，向反应瓶中加入7.5份交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺和2.5份引发剂过硫酸铵，将反应瓶置于低温冷却仪中，在5℃下，匀速搅拌反应15h，然后静置18h，减压浓缩除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物并充分干燥，制备得到多重交联型高强度温敏性水凝胶材料4。
实施例5
(1)制备改性明胶组分5：向反应瓶中加入质量分数为25％的明胶溶液，加入氢氧化钠调节溶液pH至10，再加入顺丁烯二酸酐，其中明胶和顺丁烯二酸酐的质量比为20:1，将反应瓶置于恒温水浴锅中，恒温水浴锅包括箱体，箱体的正面设置有主面板，主面板的右侧活动连接有控制面板，主面板的内部设置有观察窗，控制面板的正面分别设置有温度旋钮，电流旋钮和电压旋钮，箱体的背面设置有散热孔，加热至60℃，匀速搅拌反应4h，向反应瓶中加入醋酸调节溶液pH至5，将溶液静置冷却至室温形成凝胶状，将凝胶置于透析袋中，加入蒸馏水进行透析除杂过程，将凝胶减压浓缩除去水分，并充分干燥，固体产物进行球磨，直至通过1500目网筛，制备得到顺丁烯二酸酐开环酰化的改性明胶组分5。
(2)制备活性白土组分5：向反应瓶中物质的量浓度为0.08mol/L的盐酸溶液，加入粒径为1200目的膨润土，搅拌均匀后将反应瓶置于超声分散仪中，进行超声分散处理60min，超声频率为30KHz，然后静置进行沉降过程，除去粗砂，制得活性白土组分5。
(3)制备碱性钙基膨润土组分5：向反应瓶中加入蒸馏水，活性白土组分5和粒径为1500目氧化钙，两者质量比为4.5:1，将反应瓶置于超声分散仪中，进行超声分散处理60h，超声频率为35KHz，再将反应瓶置于恒温水浴锅中加热至65℃，匀速搅拌反应8h，将溶液减压浓缩除去溶剂，使用蒸馏水洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到碱性钙基膨润土组分5。
(4)制备丙烯酸接枝的改性膨润土组分5：向反应瓶中加入乙醇和蒸馏水混合溶剂，两者体积比为3:1，再加入碱性钙基膨润土组分5和丙烯酸，两者质量比为1:3，将反应瓶置于超声分散仪中，进行超声分散处理2h，超声频率为35KHz，再将反应瓶置于油浴锅中加热至90℃，匀速搅拌回流反应8h，将溶液减压浓缩除去溶剂，使用蒸馏水洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到丙烯酸接枝的改性膨润土组分5。
(5)制备多重交联型高强度温敏性水凝胶材料5：向反应瓶中加入蒸馏水、20份改性明胶组分5、50份N-异丙基丙烯酰胺、7份改性膨润土组分5和12份AlCl3，搅拌均匀后将反应瓶置于超声分散仪中，进行超声分散处理2h，超声频率为40KHz，向反应瓶中加入8份交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺和3份引发剂过硫酸铵，将反应瓶置于低温冷却仪中，在15℃下，匀速搅拌反应15h，然后静置18h，减压浓缩除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物并充分干燥，制备得到多重交联型高强度温敏性水凝胶材料5。
使用WDW-02拉力试验机测试实施例1-5中多重交联型高强度温敏性水凝胶材料的拉伸强度，测试标准为GB/T 33428-2016。
Figure BDA0002612416850000131
综上所述，该一种多重交联型高强度温敏性水凝胶，天然高分子材料明胶具有一定的三维空间结构，良好的生物降解性和生物相容性，使用顺丁烯二酸酐开环与明胶中的氨基通过酰化反应，得到酰化的改性明胶，丙烯酸的羧基和碱性钙基膨润土中的羟基反应，通过酯化反应得到丙烯酸接枝的改性膨润土。
该一种多重交联型高强度温敏性水凝胶，使用N,N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，过硫酸铵为引发剂，使改性明胶接枝中的开环顺丁烯二酸酐中的烯键、改性膨润土中接枝的丙烯酸中的烯键，以及N-异丙基丙烯酰胺中的烯键，三者之间通过提高化学键交联聚合形成水凝胶材料，增强了水凝胶的交联度和拉伸强度，通过化学键的交联，改善了明胶和膨润土在水凝胶中的分散性和相容性，并且改性膨润土中的羟基与聚合物分子链形成大量氢键，形成稳定的氢键三维网络结构，改善了水凝胶的交联密度，增强了材料的机械强度和力学性能。
该一种多重交联型高强度温敏性水凝胶，Al3+与改性膨润土中接枝的丙烯酸中的羧基、改性明胶接枝中的开环顺丁烯二酸酐中的羧基，形成络合配位，通过离子交联，增强了水凝胶的交联密度和机械强度。
该一种多重交联型高强度温敏性水凝胶，通过化学键交联、氢键网络以及离子键交联的多重交联，大幅增强了水凝胶材料的交联密度，拉伸强度和力学性能，提高了材料的实用性和使用寿命。

Claims (10)

1.一种多重交联型高强度温敏性水凝胶，包括以下按重量份数计的配方原料及组分，其特征在于：14-20份改性明胶、46-50份N-异丙基丙烯酰胺、7-26份改性膨润土、6-8份交联剂、1-3份引发剂、7-12份AlCl3。
2.根据权利要求1所述的一种多重交联型高强度温敏性水凝胶，其特征在于：所述交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺。
3.根据权利要求1所述的一种多重交联型高强度温敏性水凝胶，其特征在于：所述引发剂为过硫酸铵。
4.根据权利要求1所述的一种多重交联型高强度温敏性水凝胶，其特征在于：所述改性明胶制备方法包括以下步骤：
(1)向质量分数为18-25％的明胶溶液中，加入氢氧化钠调节溶液pH至9-10，再加入顺丁烯二酸酐，将溶液在恒温水浴锅中加热至40-60℃，匀速搅拌反应2-4h。
(2)向反应瓶中加入醋酸调节溶液pH至5-6，将溶液静置冷却形成凝胶状，置于透析袋中加入蒸馏水进行透析除杂过程，将凝胶除去水分并干燥，固体产物进行球磨，直至通过1000-1500目网筛，制备得到顺丁烯二酸酐开环酰化的改性明胶。
5.根据权利要求4所述的一种多重交联型高强度温敏性水凝胶，其特征在于：所述明胶和顺丁烯二酸酐的质量比为15-20:1。
6.根据权利要求4所述的一种多重交联型高强度温敏性水凝胶，其特征在于：所述恒温水浴锅包括箱体(1)，所述箱体(1)的正面设置有主面板(2)，所述主面板(2)的右侧活动连接有控制面板(3)，所述主面板(2)的内部设置有观察窗(4)，所述控制面板(3)的正面分别设置有温度旋钮(5)、电流旋钮(6)和电压旋钮(7)，所述箱体(1)的背面设置有散热孔(8)。
7.根据权利要求1所述的一种多重交联型高强度温敏性水凝胶，其特征在于：所述改性膨润土制备方法包括以下步骤：
(1)向物质的量浓度为0.05-0.08mol/L的盐酸溶液中，加入粒径为800-1200目的膨润土，将溶液进行超声分散处理40-60min，超声频率为25-30KHz，然后静置沉降除去粗砂，制得活性白土。
(2)向蒸馏水溶剂中加入活性白土和粒径为1200-1500目氧化钙，将溶液进行超声分散处理40-60h，超声频率为25-35KHz，再将溶液加热至55-65℃，反应6-8h，将溶液除去溶剂、洗涤固体产物并干燥，制备得到碱性钙基膨润土。
(3)向两者体积比为2-3:1的乙醇和蒸馏水混合溶剂中，加入碱性钙基膨润土和丙烯酸，将溶液进行超声分散处理1-2h，超声频率为25-35KHz，将溶液加热至80-90℃，反应4-8h，将溶液除去溶剂、洗涤固体产物、干燥，制备得到丙烯酸接枝的改性膨润土。
8.根据权利要求7所述的一种多重交联型高强度温敏性水凝胶，其特征在于：所述活性白土和氧化钙的质量比为2.5-4.5:1。
9.根据权利要求7所述的一种多重交联型高强度温敏性水凝胶，其特征在于：所述碱性钙基膨润土和丙烯酸的质量比为1:1.5-3。
10.根据权利要求1所述的一种多重交联型高强度温敏性水凝胶，其特征在于：所述多重交联型高强度温敏性水凝胶制备方法包括以下步骤：
(1)向蒸馏水溶剂中加入14-20份改性明胶、46-50份N-异丙基丙烯酰胺、7-26份改性膨润土和7-12份AlCl3，搅拌均匀后将溶液进行超声分散处理1-2h，超声频率为30-40KHz。
(2)向溶液中加入6-8份交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺和1-3份引发剂过硫酸铵，将溶液在5-15℃下反应10-15h，静置10-18h，除去溶剂、洗涤固体产物并干燥，制备得到多重交联型高强度温敏性水凝胶。
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