專利名稱：一種仿生層狀高強度復(fù)合水凝膠薄膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于聚合物水凝膠領(lǐng)域，特別涉及仿生層狀高強度復(fù)合水凝膠薄膜的制備方法。
背景技術(shù)：
聚合物水凝膠是由三維的聚合物交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和大量的水組成，其中水填充在三維的聚合物交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的空隙中。聚合物水凝膠是一種軟而濕的材料，同時具有固體(固定的形狀)和液體(網(wǎng)絡(luò)間隙的水可以自由的移動)的特征?；瘜W(xué)交聯(lián)的聚合物水凝膠已獲得廣泛的科學(xué)研究和實際應(yīng)用，如軟的隱形眼鏡、超吸附聚合物材料、分離膜、組織修復(fù)、制藥等，并取得可觀的經(jīng)濟效益。然而，通常的化學(xué)交聯(lián)的水凝膠強度和模量低且易脆，其差的力學(xué)性能限制了其進(jìn)一步應(yīng)用。發(fā)展強韌的水凝膠已經(jīng)成為一項緊迫的任務(wù)，并成為全世界競相研究的熱點。相關(guān)的文獻(xiàn)報道主要包括滑移環(huán)水凝膠，如《聚合物科學(xué)進(jìn)展》(Prog. Polym. Sci. 2005,30,1-9)上發(fā)表的綜述文章“具有優(yōu)異機械性能的新穎的水凝膠”(Y. Tanaka, J.P.Gong, Y.Osada, Novel hydrogels with excellent mechanical performance)； 雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠，如《軟物質(zhì)》(Soft Matter，2010，6，2583-2590)上發(fā)表的綜述文章“為什么雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠如此強韌？ ”(J. P. Gong, Why are double network hydrogels so tough );大分子微球水凝膠，如《先進(jìn)材料》(Adv. Mater. 2007，19，1622-1626)上發(fā)表的文章“一種具有高機械強度的新穎的水凝膠大分子微球復(fù)合材料水凝膠”(T. Huang， H. Xu, K.Jiao, L. Zhu, H. R. Brown, H. Wang, A Novel Hydrogel with High Mechanical Strength A Macromolecular Microsphere Composite Hydrogel);聚四臂乙二酉享水凝膠，如《大分子》(Macromolecules2008,41, 5379-5384)上發(fā)表的文章“一種理想均勻結(jié)構(gòu)的高強度水凝膠的設(shè)計和制備”(T. Sakai, U. _i. Chung, et al. Design and Fabrication of a High-Strength Hydrogel with Ideally Homogeneous Network Structure from Tetrahedron-like Macromonomers);納米復(fù)合水凝膠，如《應(yīng)用化學(xué)》(Angew. Chem. Int. Ed. 2005，44，6500-6504)上發(fā)表的文章“超高力學(xué)性能的聚N-異丙基丙烯酰胺納米復(fù)合水凝膠，，(K. Haraguchi, H. J. Li, Control of the Coil-to-Globule Transition and Ultrahigh Mechanical Properties of PNIPA in Nanocomposite Hydrogels)。盡管高機械性能的聚合物水凝膠受到越來越廣泛的關(guān)注，但是，目前報道的聚合物水凝膠的力學(xué)性能仍然低于天然的水凝膠，而且制備較為復(fù)雜，這大大阻礙了其在組織修復(fù)等承載領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，用一種簡單的方法制備強韌的聚合物水凝膠仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)。天然貝殼內(nèi)部具有層狀結(jié)構(gòu)，這使得其具有強韌力學(xué)性能。Kotov等人(P.Podsiadlo， N. A. Kotov, et al. Science 2007,80, 318)制備了層狀的干態(tài)的蒙脫土-聚乙烯醇納米復(fù)合材料，內(nèi)部有序的層狀結(jié)構(gòu)大大提高了其力學(xué)性能。受這些啟發(fā)，本發(fā)明首次制備了濕態(tài)的層狀的有機-無機納米復(fù)合水凝膠薄膜，其力學(xué)性能尤其是楊氏模量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了文獻(xiàn)中報道的聚合物水凝膠，這為制備新型的高力學(xué)性能水凝膠提供了一個新穎的途徑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服傳統(tǒng)聚合物水凝膠力學(xué)強度差的缺點，提供一種仿生層狀高強度復(fù)合水凝膠薄膜。本發(fā)明的另一目的在于提供一種仿生層狀高強度復(fù)合水凝膠薄膜的制備方法。本發(fā)明的技術(shù)解決方案本發(fā)明的所述仿生層狀高強度復(fù)合水凝膠薄膜內(nèi)部具有層狀的微米和納米結(jié)構(gòu)，所述仿生層狀高強度復(fù)合水凝膠薄膜由聚合物單體、無機納米片、引發(fā)劑和水復(fù)合而成，其中聚合物單體的質(zhì)量百分含量為5% 36%，無機納米片的質(zhì)量百分含量為8% 24%,引發(fā)劑的質(zhì)量百分含量為O. 1% -I %,余量為水；所述仿生層狀高強度復(fù)合水凝膠薄膜的厚度為50 500微米，拉伸強度大于O. 6MPa，拉伸模量大于
I.OMPa，拉伸應(yīng)變大于700%。所述的聚合物單體選自聚丙烯酰胺、聚N，N-二甲基丙烯酰胺、聚N-乙基丙烯酰胺、聚N-異丙基烯酰胺、聚N-乙烯基己內(nèi)酰胺、聚丙烯酸、聚丙烯酸鈉、聚丙烯酸鉀、聚 2_丙烯酸-2-甲氧基乙酯中的一種或幾種的組合。所述的無機納米片的直徑為10 3000納米，選自天然蒙脫土、合成鋰蒙脫石、石墨烯、氧化石墨烯中的一種或幾種的組合。本發(fā)明的仿生層狀高強度復(fù)合水凝膠薄膜是采用過濾的方法制備，將聚合物、無機納米片、引發(fā)劑和水混合得到混合溶液，再將該混合溶液過濾，隨后光引發(fā)原位聚合得到具有仿生層狀高強度復(fù)合水凝膠薄膜，具體實現(xiàn)步驟如下(I)將無機納米片經(jīng)過超聲和攪拌均勻分散在水中，然后加入聚合物單體并攪拌將其溶解(一般攪拌時間為30分鐘)，再加入引發(fā)劑，得到含無機納米片、聚合物單體和引發(fā)劑的混合溶液。其中混合溶液中聚合物單體的質(zhì)量百分含量為2% -10%，無機納米片的質(zhì)量百分含量為O. I % -2%,引發(fā)劑的質(zhì)量百分含量為O. 1% -I %，余量為水。(2)將步驟(I)得到的混合溶液過濾得到濾餅(一般過濾時間為30-150分鐘)， 用波長為365納米的紫外光照射濾餅(一般照射時間為20-60分鐘)，使聚合物的單體聚合，同時和無機納米片發(fā)生交聯(lián)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，將得到的復(fù)合物與濾膜剝離，得到仿生層狀結(jié)構(gòu)的高強度復(fù)合水凝膠薄膜。本發(fā)明所使用的過濾方法可以是真空抽濾或壓濾。本發(fā)明所使用的濾膜的孔徑不大于I微米。所述的聚合物單體選自丙烯酰胺、N, N- 二甲基丙烯酰胺、N-乙基丙烯酰胺、N-異丙基丙烯酰胺、N-乙烯基己內(nèi)酰胺、丙烯酸、丙烯酸鈉、丙烯酸鉀、2-丙烯酸-2-甲氧基乙酯中的一種或幾種的組合。所述的無機納米片的直徑為10 3000納米，選自天然蒙脫土、合成鋰蒙脫石、石墨烯、氧化石墨烯中的一種或幾種的組合。所述的引發(fā)劑為2，2- 二乙氧基苯乙酮、2-羥基-4' -(2-羥乙氧基)_2_甲基苯丙酮或I-羥基環(huán)己基苯基酮。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(I)本發(fā)明仿生層狀高強度復(fù)合水凝膠薄膜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)為層狀的微米和納米結(jié)構(gòu)，在水中浸泡后，其層狀結(jié)構(gòu)仍然保持。(2)本發(fā)明仿生層狀高強度復(fù)合水凝膠薄膜具有高的拉伸強度、高的拉伸模量以及高的伸長率，高于非層狀的同類有機-無機納米復(fù)合水凝膠薄膜，(3)本發(fā)明仿生層狀高強度復(fù)合水凝膠薄膜對人體無任何損害及對環(huán)境無污染。(4)本發(fā)明仿生層狀高強度復(fù)合水凝膠薄膜內(nèi)部結(jié)構(gòu)可控，通過使用過濾的方法使得無機納米片規(guī)整排列，從而得到層狀結(jié)構(gòu)。(5)本發(fā)明仿生層狀高強度復(fù)合水凝膠薄膜制備方法簡單，原料易得，經(jīng)濟適用， 易于大面積制備。(6)本發(fā)明仿生層狀高強度復(fù)合水凝膠薄膜可以用于隱形眼鏡、超吸附聚合物材料、分離膜、組織修復(fù)、制藥等方面，應(yīng)用廣泛。


圖I為本發(fā)明實施例I的仿生層狀高強度復(fù)合水凝膠薄膜的實物照片；圖2為本發(fā)明實施例I的仿生層狀高強度復(fù)合水凝膠薄膜內(nèi)部的放大照片；圖3為本發(fā)明實施例I的仿生層狀高強度復(fù)合水凝膠薄膜的拉伸實驗的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖及具體實施例詳細(xì)介紹本發(fā)明。但以下的實施例僅限于解釋本發(fā)明，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)包括權(quán)利要求的全部內(nèi)容，而且通過以下實施例的敘述，本領(lǐng)域的技術(shù)人員是可以完全實現(xiàn)本發(fā)明權(quán)利要求的全部內(nèi)容。本發(fā)明實施例中的所有拉伸實驗采用的是美國Instron公司的Model 3365 Table Mounted Materials Testing System 儀器。實施例I(I)將直徑為10-60納米的合成鋰蒙脫石納米片溶于水中，經(jīng)過超聲30分鐘，攪拌 5小時后，得到均勻的合成鋰蒙脫石水溶液，然后加入N-異丙基丙烯酰胺單體，攪拌30分鐘溶解N-異丙基丙烯酰胺，再加入引發(fā)劑2，2-二乙氧基苯乙酮，攪拌I小時溶解引發(fā)劑，最后得到含合成鋰蒙脫石、N-異丙基丙烯酰胺和引發(fā)劑的水溶液。其中N-異丙基丙烯酰胺的質(zhì)量百分含量為2. 67%，合成鋰蒙脫石的質(zhì)量百分含量為0.6%，2，2_ 二乙氧基苯乙酮的質(zhì)量百分含量為O. 27%，余量為水。(2)將步驟(I)得到的混合溶液倒在孔徑為O. I微米的微孔濾膜上真空過濾，得到含N-異丙基丙烯酰胺、合成鋰蒙脫石、2，2_二乙氧基苯乙酮和水的濾餅。然后用波長為365 納米的紫外光照射濾餅30分鐘，使得N-異丙基丙烯酰胺發(fā)生自由基聚合，同時聚合生成的聚N-異丙基丙烯酰胺與合成鋰蒙脫石發(fā)生交聯(lián)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，將其放入水中充分浸泡，除去未反應(yīng)的N-異丙基丙烯酰胺單體，然后從微孔濾膜上剝離下來，得到仿生層狀高強度復(fù)合水凝膠薄膜(如圖I所示)。所得仿生層狀高強度復(fù)合水凝膠薄膜是由聚N-異丙基丙烯酰胺和合成鋰蒙脫石納米片復(fù)合而成，其中聚N-異丙基丙烯酰胺的質(zhì)量百分含量為5. 65%，合成鋰蒙脫石納米片的質(zhì)量百分含量為11. 3 %，引發(fā)劑百分含量為0.15%，余量為水，其厚度為500微米；復(fù)合水凝膠薄膜的內(nèi)部具有層狀的微米和納米結(jié)構(gòu)(如圖2所示)；其拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖3所示，其拉伸強為O. 61MPa，拉伸模量為I. 54MPa，斷裂伸長率為1208%。實施例2(I)將直徑為10-60納米的合成鋰蒙脫石納米片溶于水中，經(jīng)過超聲30分鐘，攪拌 5小時后，得到均勻的合成鋰蒙脫石水溶液，然后加入丙烯酰胺單體，攪拌30分鐘溶解丙烯酰胺，再加入引發(fā)劑2，2-二乙氧基苯乙酮，攪拌I小時溶解引發(fā)劑，最后得到含合成鋰蒙脫石、丙烯酰胺和引發(fā)劑的水溶液。其中丙烯酰胺的質(zhì)量百分含量為2. 67%，合成鋰蒙脫石的質(zhì)量百分含量為O. 6%，2，2- 二乙氧基苯乙酮的質(zhì)量百分含量為O. I %，余量為水。(2)將步驟(I)得到的混合溶液倒在孔徑為O. 05微米的濾膜上真空過濾，得到含丙烯酰胺、合成鋰蒙脫石、2，2_ 二乙氧基苯乙酮和水的濾餅。濾餅中的水含量通過低溫緩慢揮發(fā)進(jìn)一步降低，然后用波長為365納米的紫外光照射濾餅30分鐘，使得丙烯酰胺發(fā)生自由基聚合，同時聚合生成的聚丙烯酰胺與合成鋰蒙脫石發(fā)生交聯(lián)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，將其放入水中充分浸泡，除去未反應(yīng)的丙烯酰胺單體，然后從微孔濾膜上剝離下來，得到仿生層狀結(jié)構(gòu)的高強度復(fù)合水凝膠薄膜。所得的仿生層狀高強度復(fù)合水凝膠薄膜是由聚丙烯酰胺和合成鋰蒙脫石納米片復(fù)合而成，其中聚丙烯酰胺的質(zhì)量百分含量為12%，合成鋰蒙脫石納米片的質(zhì)量百分含量為24%，引發(fā)劑百分含量為O. 3%，余量為水；其厚度為175微米；復(fù)合水凝膠薄膜的內(nèi)部具有層狀的微米和納米結(jié)構(gòu)；其拉伸強度大于O. 83MPa，拉伸模量大于15MPa，斷裂伸長率為 1400%。實施例3(I)將直徑為50-200納米的天然蒙脫土納米片溶于水中，經(jīng)過超聲30分鐘，攪拌 24小時后，得到均勻的天然蒙脫土水溶液，然后加入N，N- 二甲基丙烯酰胺單體，攪拌30分鐘溶解N，N- 二甲基丙烯酰胺，接著加入引發(fā)劑2-羥基-4' -(2-羥乙氧基)-2-甲基苯丙酮，攪拌30分鐘溶解引發(fā)劑，最后得到含天然蒙脫土、N，N-二甲基丙烯酰胺、引發(fā)劑的水溶液。其中N，N-二甲基丙烯酰胺單體的質(zhì)量百分含量為8%，天然蒙脫土的質(zhì)量百分含量為
0.6%,2-羥基-4，- (2-羥乙氧基)-2-甲基苯丙酮的質(zhì)量百分含量為0.5%，余量為水。(2)將步驟(I)得到的混合溶液倒在孔徑為O. 22微米的微孔濾膜上真空過濾，得到含N，N-二甲基丙烯酰胺單體、天然蒙脫土、2-羥基-4' -(2-羥乙氧基)-2_甲基苯丙酮和水的濾餅，然后用波長為365納米的紫外光照射濾餅60分鐘，使得N，N-二甲基丙烯酰胺發(fā)生自由基聚合，同時聚合生成的聚N，N- 二甲基丙烯酰胺與天然蒙脫土發(fā)生交聯(lián)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，將其放入水中充分浸泡，除去未反應(yīng)的N，N-二甲基丙烯酰胺單體，然后從微孔濾膜上剝離下來，得到仿生層狀結(jié)構(gòu)的高強度復(fù)合水凝膠薄膜。所得仿生層狀高強度復(fù)合水凝膠薄膜是由聚N，N- 二甲基丙烯酰胺和天然蒙脫土納米片復(fù)合而成，其中聚N，N-二甲基丙烯酰胺的質(zhì)量百分含量為15%，天然蒙脫土的質(zhì)量百分比含量10%，引發(fā)劑百分含量為O. 5%，余量為水；其厚度為50微米；其拉伸強度為
O.7MPa，拉伸模量為I. 7MPa，斷裂伸長率為700%。實施例4(I)將直徑為50-200納米的天然蒙脫土納米片溶于水中，經(jīng)過超聲30分鐘，攪拌 24小時后，得到均勻的天然蒙脫土水溶液，然后加入N，N- 二甲基丙烯酰胺和丙烯酸，攪拌30分鐘溶解N，N- 二甲基丙烯酰胺和丙烯酸，接著加入2-羥基-4' - (2-羥乙氧基)-2-甲基苯丙酮，攪拌30分鐘溶解2-羥基-4，- (2-羥乙氧基)-2-甲基苯丙酮，最后得到含天然蒙脫土、N，N-二甲基丙烯酰胺、丙烯酸和2-羥基-4' -(2-羥乙氧基)-2_甲基苯丙酮的水溶液。其中N，N-二甲基丙烯酰胺的質(zhì)量百分含量為2%，丙烯酸的質(zhì)量百分含量為8%，天然蒙脫土的質(zhì)量百分含量為2 %，2-羥基-4' - (2-羥乙氧基)-2-甲基苯丙酮的質(zhì)量百分含量為1%，余量為水。(2)將步驟(I)得到的混合溶液倒在孔徑為O. 45微米的微孔濾膜上真空過濾，得到含N，N-二甲基丙烯酰胺單體、丙烯酸、天然蒙脫土、2-羥基-4' -(2-羥乙氧基)-2_甲基苯丙酮和水的濾餅。濾餅中的水含量可以通過低溫緩慢揮發(fā)進(jìn)一步降低，然后用波長為 365納米的紫外光照射濾餅40分鐘，使得N，N- 二甲基丙烯酰胺和丙烯酸發(fā)生自由基聚合， 同時聚合物與天然蒙脫土發(fā)生交聯(lián)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，將其放入水中充分浸泡，除去未反應(yīng)的 N, N- 二甲基丙烯酰胺和丙烯酸單體，然后從微孔濾膜上剝離下來，得到仿生層狀高強度復(fù)合水凝膠薄膜。所得仿生層狀高強度復(fù)合水凝膠薄膜是由聚N，N- 二甲基丙烯酰胺、聚丙烯酸和天然蒙脫土復(fù)合而成，其中聚N，N-二甲基丙烯酰胺的質(zhì)量百分含量為1%，聚丙烯酸的質(zhì)量百分含量為4%，天然蒙脫土的質(zhì)量百分含量為10%，引發(fā)劑百分含量為O. I %，其余為水；其厚度為80微米；復(fù)合水凝膠薄膜的內(nèi)部具有層狀的微米和納米結(jié)構(gòu)；其拉伸強度為
O.6MPa，拉伸模量為I. OMPa，斷裂伸長率為750%。實施例5(I)將直徑為100-3000納米的石墨烯納米片溶于水中，經(jīng)過超聲30分鐘，攪拌24 小時，然后加入N-乙烯基己內(nèi)酰胺，攪拌30分鐘溶解N-乙烯基己內(nèi)酰胺，接著加入I-羥基環(huán)己基苯基酮，最后得到含石墨烯納米片、N-乙烯基己內(nèi)酰胺、I-羥基環(huán)己基苯基酮的水溶液。其中N-乙烯基己內(nèi)酰胺為2%，石墨烯納米片的質(zhì)量百分含量為O. 1%，I-羥基環(huán)己基苯基酮的質(zhì)量百分含量為O. 1%，余量為水。(2)將步驟(I)得到的混合溶液倒在孔徑為I微米的微孔濾膜上真空過濾，得到含 N-乙烯基己內(nèi)酰胺、石墨烯納米片、I-羥基環(huán)己基苯基酮和水的濾餅，然后用波長為365納米的紫外光照射濾餅40分鐘，使得N-乙烯基己內(nèi)酰胺發(fā)生自由基聚合，同時聚N-乙烯基己內(nèi)酰胺與石墨烯納米片形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，將其放入水中充分浸泡，除去未反應(yīng)的N-乙烯基己內(nèi)酰胺單體，然后從微孔濾膜上剝離下來，得到仿生層狀高強度復(fù)合水凝膠薄膜。所得仿生層狀高強度復(fù)合水凝膠薄膜是由聚N-乙烯基己內(nèi)酰胺和石墨烯納米片復(fù)合而成，其中聚N-乙烯基己內(nèi)酰胺的質(zhì)量百分含量為16%，石墨烯納米片的質(zhì)量百分含量為8%，引發(fā)劑百分含量為0.6%，其余為水；復(fù)合水凝膠薄膜的厚度可以通過倒入的混合溶液的量來控制，其厚度為300微米；其拉伸強度為O. 8MPa，拉伸模量為3MPa，斷裂伸長率為700%。實施例6(I)將直徑為100-1000納米的氧化石墨烯納米片溶于水中，經(jīng)過超聲30分鐘，攪拌4小時，然后加入2-丙烯酸-2-甲氧基乙酯單體，攪拌30分鐘溶解2-丙烯酸-2-甲氧基乙酯，接著加入2，2_二乙氧基苯乙酮，最后得到含氧化石墨烯納米片、2-丙烯酸-2-甲氧基乙酯單體、2，2_ 二乙氧基苯乙酮的水溶液。其中2-丙烯酸-2-甲氧基乙酯為5%，氧化石墨烯納米片的質(zhì)量百分含量為O. 15 %，2，2- 二乙氧基苯乙酮的質(zhì)量百分含量為0.3%， 余量為水。(2)將步驟(I)得到的混合溶液倒在孔徑為O. 45微米的微孔濾膜上壓濾，得到含 2_丙烯酸-2-甲氧基乙酯、氧化石墨烯納米片、2，2-二乙氧基苯乙酮和水的濾餅，濾餅中的水含量可以通過低溫緩慢揮發(fā)進(jìn)一步降低；然后用波長為365納米的紫外光照射濾餅40分鐘，使得2-丙烯酸-2-甲氧基乙酯發(fā)生自由基聚合，同時聚2-丙烯酸-2-甲氧基乙酯與氧化石墨烯納米片形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，將其放入水中充分浸泡，除去未反應(yīng)的2-丙烯酸-2-甲氧基乙酯單體，然后從微孔濾膜上剝離下來，得到仿生層狀高強度復(fù)合水凝膠薄膜。所得仿生層狀高強度復(fù)合水凝膠薄膜是由聚2-丙烯酸-2-甲氧基乙酯和氧化石墨烯納米片復(fù)合而成，其中聚2-丙烯酸-2-甲氧基乙酯的質(zhì)量百分含量為36%，氧化石墨烯納米片的質(zhì)量百分含量為12%，引發(fā)劑百分含量為1%，其余為水；其厚度為350微米； 復(fù)合水凝膠薄膜的內(nèi)部具有層狀的微米和納米結(jié)構(gòu)；其拉伸強度為1.5MPa，拉伸模量為 12. 5MPa，斷裂伸長率為780 %。
權(quán)利要求
1.一種仿生層狀高強度復(fù)合水凝膠薄膜，其特征在于所述仿生層狀高強度復(fù)合水凝膠薄膜內(nèi)部具有層狀的微米和納米結(jié)構(gòu)，所述仿生層狀高強度復(fù)合水凝膠薄膜由聚合物單體、無機納米片、引發(fā)劑和水復(fù)合而成，其中聚合物單體的質(zhì)量百分含量為5% 36%，無機納米片的質(zhì)量百分含量為8% 24%,引發(fā)劑的質(zhì)量百分含量為O. 1% _1%，余量為水； 所述仿生層狀高強度復(fù)合水凝膠薄膜的厚度為50 500微米，拉伸強度大于O. 6MPa，拉伸模量大于I. OMPa，拉伸應(yīng)變大于700%。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的仿生層狀高強度復(fù)合水凝膠薄膜，其特征在于所述聚合物單體選自聚丙烯酰胺、聚N，N-二甲基丙烯酰胺、聚N-乙基丙烯酰胺、聚N-異丙基丙烯酰胺、聚N-乙烯基己內(nèi)酰胺、聚丙烯酸、聚丙烯酸鈉、聚丙烯酸鉀、聚2-丙烯酸-2-甲氧基乙酯中的一種或幾種的組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的仿生層狀高強度復(fù)合水凝膠薄膜，其特征在于所述引發(fā)劑為2，2- 二乙氧基苯乙酮、2-羥基-4' -(2-羥乙氧基)-2-甲基苯丙酮或I-羥基環(huán)己基苯基酮。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的仿生層狀高強度復(fù)合水凝膠薄膜，其特征在于所述無機納米片的直徑是10-3000納米，選自天然蒙脫土、合成鋰蒙脫石、石墨烯、氧化石墨烯中的一種或幾種的組合。
5.一種仿生層狀高強度復(fù)合水凝膠薄膜的制備方法，其特征在于將聚合物、無機納米片、引發(fā)劑和水混合得到混合溶液，再將該混合溶液過濾，隨后光引發(fā)原位聚合得到具有仿生層狀高強度復(fù)合水凝膠薄膜，所述仿生層狀高強度復(fù)合水凝膠薄膜的厚度為50 500 微米，拉伸強度大于O. 6MPa，拉伸模量大于I. OMPa,拉伸應(yīng)變大于700 %，具體制備步驟如下(1)將無機納米片經(jīng)過超聲和攪拌均勻分散在水中，然后加入聚合物并攪拌將其溶解， 再加入引發(fā)劑，最后得到含無機納米片、聚合物單體、引發(fā)劑和水的混合溶液，其中混合溶液中聚合物單體的質(zhì)量百分含量為5 % -36 %，無機納米片的質(zhì)量百分含量為8 % -24 %，引發(fā)劑的質(zhì)量百分含量為O. 1% _1%，余量為水；(2)將步驟(I)得到的混合溶液過濾得到濾餅，用波長為365納米的紫外光照射濾餅， 使聚合物單體和無機納米片在引發(fā)劑的作用下發(fā)生交聯(lián)聚合得到復(fù)合物，將得到的復(fù)合物與濾膜剝離，得到仿生層狀高強度復(fù)合水凝膠薄膜制備方法。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于所述濾膜的孔徑不大于I微米。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于所述聚合物單體選自丙烯酰胺、N, N-二甲基丙烯酰胺、N-乙基丙烯酰胺、N-異丙基丙烯酰胺、N-乙烯基己內(nèi)酰胺、丙烯酸、丙烯酸鈉、丙烯酸鉀、2-丙烯酸-2-甲氧基乙酯中的一種或幾種的組合。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于所述無機納米片的直徑是10-3000 納米，選自天然蒙脫土、合成鋰蒙脫石、石墨烯、氧化石墨烯中的一種或幾種的組合。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于所述引發(fā)劑為2，2-二乙氧基苯乙酮、2-羥基-4' -(2-羥乙氧基)-2-甲基苯丙酮或I-羥基環(huán)己基苯基酮。
全文摘要
一種仿生層狀高強度復(fù)合水凝膠薄膜的制備方法，將聚合物單體和無機納米片混合得到混合溶液，再將該混合溶液過濾，隨后光引發(fā)原位聚合，即可得到具有仿生層狀結(jié)構(gòu)的高強度復(fù)合水凝膠薄膜。該仿生層狀復(fù)合水凝膠薄膜由聚合物和無機納米片復(fù)合而成，該水凝膠薄膜內(nèi)部具有層狀的微米和納米結(jié)構(gòu)，在水中浸泡后的拉伸強度大于0.6MPa，拉伸模量大于1.0MPa，拉伸應(yīng)變大于700％。
文檔編號C08F2/48GK102604302SQ20121005437
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月2日
發(fā)明者江雷, 王建鋒, 程群峰 申請人:北京航空航天大學(xué)