一种大分子交联剂增韧水凝胶及其制备方法

本发明属于高分子水凝胶，具体涉及到一种大分子交联剂增韧水凝胶及其制备方法。

背景技术：

1、水凝胶的应用需要其具备一定的力学性能，其中大部分水凝胶的力学性能都可以借助交联剂进行调控。交联剂是大部分水凝胶材料的一个核心成分。传统水凝胶力学性能较差限制了其使用场景。

2、为了改善水凝胶的力学性能，多种合成路线被采用，如：杂交交联体系、互穿网络体系、高功能交联剂体系。物理交联和化学交联都可以用来增强增韧水凝胶。物理键主要包括氢键、疏水作用、静电作用等，而化学键主要是指共价键。交联剂通过键合作用把聚合物链交联缠绕构成一个三维网络结构，使得水凝胶具有一定的抗受力形变能力，因而展现出一定的力学性能。水凝胶的网络结构受到交联方式的影响，继而影响着水凝胶的能量耗散机制及其力学性能。

3、截至目前，多种交联剂(如：纳米颗粒、fe3+、ca2+、n,n'-亚甲基双丙烯酰胺、普朗尼克f127衍生物)已经被广泛使用。例如，尽管n,n'-亚甲基双丙烯酰胺可以利用共价键赋予水凝胶一定的力学性能，然而其共价交联特性使得水凝胶显示脆性、韧性较差；fe3+、ca2+等金属离子交联剂只针对特定单体有效，并且其制备的水凝胶的强度、韧性也难以满足高强韧水凝胶的要求。因此，开发一类高性能交联剂来进一步优化水凝胶的力学性能仍然十分必要。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本发明。

3、因此，本发明的目的是，克服现有技术中的不足，提供一种大分子交联剂增韧水凝胶材料的制备方法。

4、为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：提供一种大分子交联剂增韧水凝胶材料的制备方法，其特征在于：包括，

5、将单体溶于水溶液中，得到单体水溶液；

6、将交联剂丙烯酰化聚乙烯亚胺加入单体水溶液中，搅拌均匀；

7、将引发剂，催化剂加入上述混合溶液，聚合后得到大分子交联的水凝胶材料；

8、所述聚合单体包含丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、n-异丙基丙烯酰其中的一种或多种；所述过硫酸铵为引发剂；所述催化剂为n,n,n',n'-四甲基-乙二胺。

9、作为本发明所述一种大分子交联剂增韧水凝胶材料的优选方案，其中：所述丙烯酰化聚乙烯亚胺为单体用量的0.01wt％-5wt％。

10、作为本发明所述一种大分子交联剂增韧水凝胶材料的优选方案，其中：所述用于合成丙烯酰化聚乙烯亚胺的材料包括聚乙烯亚胺、聚乙烯亚胺盐酸盐、乙二胺封端的聚乙烯亚胺、聚(乙二醇)-嵌段-聚乙烯亚胺、部分乙氧基化的聚乙烯亚胺等聚乙烯亚胺衍生物。

11、作为本发明所述一种大分子交联剂增韧水凝胶材料的优选方案，其中：所述聚合物的含量为水凝胶重量的5wt％-50wt％。

12、作为本发明所述制备方法的一种优选方案，其中：所述引发剂是水溶性单体；所述水溶性单体为过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠或2,2'-偶氮二异丁基脒二盐酸盐。

13、作为本发明所述制备方法的一种优选方案，其中：所述反应温度为室温；所述反应时间为6～8天。

14、作为本发明所述制备方法的一种优选方案，其中：所述聚合方法为原位自由基聚合。

15、本发明的另一个目的是，克服现有技术中的不足，提供一种用于制备大分子交联剂的方法。

16、为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：提供一种用于制备大分子交联剂的方法，其特征在于：

17、将聚乙烯亚胺加入溶剂中，搅拌均匀，得到聚乙烯亚胺水溶液；

18、将中和剂加入上述聚乙烯亚胺水溶液中，搅拌均匀；

19、缓慢将丙烯酰氯加入上述混合溶液；

20、在室温下保存12小时，得到丙烯酰化聚乙烯亚胺大分子交联剂。

21、作为本发明所述制备方法的一种优选方案，其中：所述溶剂为水、乙醇、二氯甲烷、三氯甲烷、乙酸乙酯、二甲基亚砜、四氯化碳其中的一种或多种。

22、作为本发明所述制备方法的一种优选方案，其中：所述中和剂为三乙胺、氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠其中的一种或多种；或不加入任何中和剂。

23、作为本发明所述制备方法的一种优选方案，其中：所述反应温度为0℃冰浴；所述聚乙烯亚胺的分子量在300～70000之间。

24、本发明有益效果：

25、1.在水溶液中，将丙烯酰氯简单地加入聚乙烯亚胺中，合成了apei交联剂，本发明apei合成路线简单，有利于大规模生产。

26、2.本发明的apei可交联多种单体，具有普适性。

27、3.本发明的apei具有大量的丙烯酰官能团，可以通过共价键相互作用成为单体聚合的多功能交联中心。这些共价键有利于构建牢固的水凝胶交联网络，使得水凝胶具有承受形变的能力，继而展现出优异的力学性能，可拓宽水凝胶的使用场景。

28、4.本发明的apei交联剂在外力作用时也可以借助自身的形变来耗散能量，进一步增强了水凝胶的力学性能。

技术特征：

1.一种大分子交联剂增韧水凝胶材料的制备方法，其特征在于：包括，

2.如权利要求1所述大分子交联剂增韧水凝胶材料的制备方法，其特征在于：所述丙烯酰化聚乙烯亚胺为单体用量的0.01wt％-5wt％。

3.如权利要求1所述大分子交联剂增韧水凝胶材料的制备方法，其特征在于：所述聚合物的含量为水凝胶重量的5wt％-50wt％。

4.如权利要求1所述大分子交联剂增韧水凝胶材料的制备方法，其特征在于：所述引发剂是水溶性单体；所述水溶性单体为过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠或2,2'-偶氮二异丁基脒二盐酸盐。

5.如权利要求1所述大分子交联剂增韧水凝胶材料的制备方法，其特征在于：所述反应温度为室温；所述反应时间为6～8天。

6.如权利要求1所述大分子交联剂增韧水凝胶材料的制备方法，其特征在于：所述聚合方法为原位自由基聚合。

7.如权利要求1所述大分子交联剂增韧水凝胶材料的制备方法，其特征在于：所述大分子交联剂的制备方法，包括，

8.如权利要求7所述大分子交联剂的制备方法，其特征在于：所述溶剂为水、乙醇、二氯甲烷、三氯甲烷、乙酸乙酯、二甲基亚砜以及四氯化碳其中的一种或多种。

9.如权利要求7所述大分子交联剂的制备方法，其特征在于：所述中和剂为三乙胺、氢氧化钠、碳酸钠以及碳酸氢钠其中的一种或多种；或不加入任何中和剂。

10.如权利要求7所述大分子交联剂的制备方法，其特征在于：所述反应温度为0℃冰浴；所述聚乙烯亚胺的分子量在300～70000之间。

技术总结
本发明公开了一种大分子交联剂增韧水凝胶及其制备方法。本发明借助APEI交联剂与聚合物链之间的多重共价键作用，以及APEI大分子在外力作用时自身形变耗能作用，制备得到了一类具有良好力学性能的水凝胶材料。本发明为开发新颖高功能交联剂来优化水凝胶的力学性能提供了一条路线。

技术研发人员：胡小赛,曹浩然,苗均芮,徐铭
受保护的技术使用者：盐城工学院
技术研发日：
技术公布日：2024/7/29