高强度水凝胶的研究现状_王兰兰

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化学推进剂与高分子材料

Chemical Propellants & Polymeric Materials

2014年第12卷第2期

高强度水凝胶的研究现状

王兰兰，赵燕

（重庆理工大学材料科学与工程学院，重庆 400054）

摘 要：综述了纳米复合水凝胶、滑动环水凝胶、疏水缔合水凝胶、大分子微球复合水凝胶、tetra–PEG水凝胶和双网络水凝胶等6类高强度水凝胶的研究现状及其应用情况，并探讨了高强度水凝胶的发展趋势。

关键词：高强度水凝胶；发展；应用

中图分类号：O648.1 文献标识码：A 文章编号：1672–2191(2014)02–0036–05

水凝胶是由三维交联网络结构高聚物和介质共同组成的多元体系[1]，因具有良好的吸水、保水、生物相容性及能对刺激产生相应的智能特性等优良性能，其应用已渗入到农、林、牧、园艺、沙漠防治、医疗卫生、生物医药、建筑、石油化工、日用化工、食品、电子和环保等领域，并仍在向更广阔的应用领域拓展[2–3]。但绝大部分利用天然或合成材料制得的水凝胶机械性能都很差。普通结构的水凝胶往往在较低含水量时具有一定的机械性能，而在较高含水量时（如质量分数＞90%）机械强度显著下降，甚至在极低的压强下就发生碎裂，使其实际应用受到限制

[4]

(a)

(b)单体

TEMED（N,N,N',N'–四甲基乙二胺）KPS（过硫酸钾）

(c)

图1 NC凝胶形成的原理图

Fig. 1 Principle diagram of NC gel formation

根据纳米粒子的种类可分为以下几种：黏土复合水凝胶、高分子微粒复合水凝胶、碳纳米管增强聚合物水凝胶、交联聚乙烯醇纳米纤维水凝胶。纳米结构水凝胶的典型例子为以锂蒙脱石为黏土模板、过硫酸铵为引发剂所制成的聚异丙基丙烯酰胺。

刘远朋等[8]以纳米SiO2、γ–甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（TPM）、丙烯酰胺3种组分为原料制备了一种复合高强度凝胶。透射电子显微镜（TEM）测试表明：改进后的Stober法合成纳米SiO2接近20nm，尺寸分布均一；纳米SiO2和TPM聚合形成的Pickering乳胶粒含有大量纳米SiO2。测试表明，该凝胶力学性能优异，断裂伸长率为373%~757%，拉伸强度为70~148kPa。

陈芳等人[9]通过自由基引发，以有机增塑剂为溶剂，用原位聚合的方式制备出有机累托石/聚甲基丙烯酸甲酯（OREC/PMMA）凝胶聚合物电解质（GPE），研究了不同分散工艺对纳米GPE （nano–GPE，NGPE）膜性能的影响。通过X射线衍射（XRD）和TEM分析了NGPE的微观结构，并初步研究了NGPE膜的离子电导率和5%质量损失率对应的初始热分解温度。结果表明：OREC片层

。因此，从加强

水凝胶的机械强度出发，通过多种组分的复合，制备抗压性能好、机械强度高的复合凝胶材料将成为其研究热点。水凝胶机械强度的提高可通过增加交联密度、降低凝胶溶胀度、引入纤维状增强剂，以及制备互穿网络（IPN）等手段实现[5–7]。

近些年，一些研究者针对提高水凝胶的力学性能进行了大量研究，出现了几类具有新颖结构和优良力学性能的高强度凝胶，如纳米复合（NC）凝胶、滑动环凝胶、疏水缔合凝胶、大分子微球复合凝胶和tetra–PEG凝胶、双网络水凝胶等。

1 纳米复合水凝胶

橡胶补强的原理是利用炭黑粒子的表面活性来吸附橡胶的分子链，形成类似物理性交联，以发挥补强作用而大幅提高其力学性能。这一原理可以应用到软的水凝胶上，找到提高其强度的方法，NC水凝胶就具有这一特征，形成原理见图1。

2013–10–29收稿日期:

作者简介: 王兰兰(1990–)，女，在读硕士。lanlanxuexi@电子信箱: