CN115850896A - 一种强度可调的水凝胶及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种强度可调的水凝胶及其制备方法，属于新材料领域。本发明是将聚丙烯腈粉末与电解质混合，然后通过水热的方法得到水凝胶，本发明制备得到的水凝胶材料的抗压强度取决于电解质含量和水热反应的温度，可以实现水凝胶强度可调，可以利用聚丙烯腈这一制备碳纤维的材料来制备水凝胶材料。
Description
技术领域
本发明属于新材料技术领域，具体涉及一种水凝胶材料的制备方法。
背景技术
聚丙烯腈是由单体丙烯腈经过自由基聚合反应得到，用于制备丙烯腈纤维和碳纤维。聚丙烯腈是制备碳纤维的原料，碳纤维的制备是将聚丙烯腈纤维碳化的方法实现。聚丙烯腈不溶于水，加热到200℃以上开始分解。
水凝胶是以一种孔隙中充满水的网络多孔材料，一般是质地较软的亲水性聚合物。生活中常见的豆腐、果冻、凉粉等都是水凝胶。水凝胶由于其独特的三维孔隙结构和优异的吸水能力，在组织工程、农业生产、药物缓释、污染物吸附处理、生物传感器等领域有广泛的应用和应用潜力。
水凝胶作为一种高分子交联聚合物材料，可以分为物理交联和化学交联。物理交联水凝胶是依靠氢健、范德华力等形成的水凝胶，一般强度较低。但是由于生物相容性好，无小分子释放，在药物缓释等生物医学领域有广泛的应用。化学交联水凝胶是指高分子链通过共价键而交联的水凝胶。
目前水凝胶材料普遍存在强度和韧性等力学性能较差，且影响水凝胶力学性能的参数不能精确调控的问题。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，公布了一种强度可调的水凝胶及其制备方法。本发明公布的强度可调的水凝胶的制备方法具体步骤包括：将聚丙烯腈粉末与电解质粉末混匀，其中电解质的质量分数为1％～50％，电解质为酸、碱、盐中的一种或几种的混合物，将上述混匀后的粉末在100℃～200℃，30MPa压力下热压成型，将热压成型后的样品置于水热反应釜中于100℃～200℃水热反应12小时得到强度可调的水凝胶材料。本发明的水凝胶材料可以通过调控电解质的质量分数和水热反应温度调控水凝胶强度。
本发明的水凝胶材料初始发明构思是在水热法热解聚丙烯腈的实验过程中偶然发现的，正常难以分解的高分子材料通过水热反应可以分解，未添加电解质的聚丙烯腈材料通过水热反应亦可分解为液体，而偶然原因将原先作为造孔剂的氯化钠添加到聚丙烯腈中压片，将含有电解质的聚丙烯腈片水热反应后意外得到强韧的水凝胶材料。后续通过继续探究发现了调控凝胶强度的规律见表1。
表1调控凝胶强度的规律表
有益效果：本发明利用聚丙烯腈制备水凝胶的方法，开拓了聚丙烯腈材料新的应用领域，实现了水凝胶材料强度的可调控，并发明制备得到的水凝具有高的强度。
附图说明
图1实施例5制得的水凝胶的数码照片
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，仍然属于本发明型保护的范围。
实施例1
将分子量10万的聚丙烯腈粉末与氯化钠粉末混匀，其中氯化钠的质量分数为1％将上述混匀后的粉末在100℃，30MPa压力下热压成型，将热压成型后的样品置于水热反应釜中于100℃水热反应12小时得到水凝胶材料。
实施例2
将分子量20万的聚丙烯腈粉末与硫酸钙粉末混匀，其中硫酸钙的质量分数为10％将上述混匀后的粉末在160℃，30MPa压力下热压成型，将热压成型后的样品置于水热反应釜中于110℃水热反应12小时得到水凝胶材料。
实施例3
将分子量50万的聚丙烯腈粉末与醋酸钠粉末混匀，其中醋酸钠的质量分数为30％将上述混匀后的粉末在180℃，30MPa压力下热压成型，将热压成型后的样品置于水热反应釜中于130℃水热反应12小时得到水凝胶材料。
实施例4
将分子量80万的聚丙烯腈粉末与氯化钾粉末混匀，其中氯化钾的质量分数为40％将上述混匀后的粉末在200℃，30MPa压力下热压成型，将热压成型后的样品置于水热反应釜中于180℃水热反应12小时得到水凝胶材料。
实施例5
将分子量100万的聚丙烯腈粉末与氯化钙粉末混匀，其中氯化钙的质量分数为50％将上述混匀后的粉末在200℃，30MPa压力下热压成型，将热压成型后的样品置于水热反应釜中于200℃水热反应12小时得到水凝胶材料。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种强度可调的水凝胶的制备方法，其特征在于包括下述步骤：
步骤一：混合粉末的制备：将分子量为10万～100万的聚丙烯腈粉末与电解质混匀，制得混合粉末；
步骤二：将步骤一中制得的混合粉末进行热压成型；
步骤三：将步骤二中热压成型后的样品置于水热反应釜中进行水热反应得到水凝胶材料。
2.根据权利要求1所述的一种强度可调的水凝胶制备方法，其特征在于所述电解质的质量分数为1％～50％。
3.根据权利要求1所述的一种强度可调的水凝胶制备方法，其特征在于所述热压成型的温度为100℃～200℃，压力为30MPa。
4.根据权利要求1所述的一种强度可调的水凝胶制备方法，其特征在于所述水热反应釜的温度为100℃～200℃。
5.根据权利要求1所述的一种强度可调的水凝胶制备方法，其特征在于所述电解质为酸、碱、盐中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的一种强度可调的水凝胶制备方法，其特征在于所述电解质为酸、碱、盐中的任意混合物。
7.根据权利要求1-7所述的任意一种强度可调的水凝胶制备方法制得的水凝胶，其特征在于所述的水凝胶抗压强度范围为86KPa～203KPa。
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