[發(fā)明專(zhuān)利]一種多組分超分子水凝膠及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310169948.5
• 申請(qǐng)日: 2013-05-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103242656A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-08-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張錦;杜然
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C08L79/02
• 分類(lèi)號(hào): C08L79/02;C08G73/04;C08L33/02;C08K9/02;C08K7/00;C08K3/04;C08K3/22;C08K3/30;C08L29/02;C08L29/04;C08L75/04;C08L77/00;C08L25/18
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 關(guān)暢;王春霞

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種多組分超分子水凝膠及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著超分子科學(xué)的出現(xiàn)，超分子水凝膠自21世紀(jì)初開(kāi)始被廣泛關(guān)注。相比傳統(tǒng)化學(xué)法交聯(lián)得到的水凝膠，超分子水凝膠的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由弱相互作用誘導(dǎo)形成。由于弱相互作用對(duì)環(huán)境的變化極為敏感，且常常具有可逆性，因此，超分子水凝膠不僅保持了傳統(tǒng)水凝膠高水含量、生物相容性、環(huán)境友好的特點(diǎn)，而且常兼具應(yīng)激響應(yīng)、自愈合等優(yōu)異性質(zhì)。然而，可實(shí)現(xiàn)多種功能的水凝膠，對(duì)交聯(lián)力的類(lèi)型、強(qiáng)弱等常具有嚴(yán)格的要求。如何有效地調(diào)控超分子水凝膠中的交聯(lián)力，獲得具備多種功能的超分子水凝膠，一直是此領(lǐng)域中的難題。

碳納米管是20世紀(jì)末才被發(fā)現(xiàn)的一種新型一維碳材料。完美的單壁碳納米管可視為由sp²鍵結(jié)合的單層石墨烯片沿特定方向卷曲而成的無(wú)縫管狀結(jié)構(gòu)，而多壁碳納米管可視為多根同軸單壁管的組合體。卷曲方向的不同，可以使得碳納米管顯示金屬性或半導(dǎo)體性。碳納米管的直徑可在0.4nm到數(shù)十納米之間變化，而其長(zhǎng)度也可在數(shù)百納米到十幾厘米之間變化，長(zhǎng)徑比可達(dá)10⁷以上。超高的長(zhǎng)徑比，管狀結(jié)構(gòu)的多樣性，管壁上游離的大量π電子，使得碳納米管在光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)、吸附方面具備極優(yōu)異的性質(zhì)。

碳納米管具有如許多優(yōu)異的性質(zhì)，因此常被用于水凝膠體系。基于碳納米管的水凝膠，可由純碳納米管構(gòu)成，也可由碳納米管與其它物質(zhì)復(fù)合而成。由于碳納米管的存在，這類(lèi)水凝膠大多具有高于傳統(tǒng)水凝膠的導(dǎo)電性與力學(xué)強(qiáng)度，而且在吸附、應(yīng)激響應(yīng)方面也常具有更優(yōu)異的表現(xiàn)。然而，具有自愈合功能，或能夠同時(shí)響應(yīng)兩種以上外界刺激的基于碳納米管的水凝膠鮮有報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種多組分超分子水凝膠及其制備方法，本發(fā)明提供的方法中，通過(guò)改變各組分的相對(duì)含量，可簡(jiǎn)單而有效地調(diào)節(jié)凝膠中的交聯(lián)力，進(jìn)而獲得多功能超分子水凝膠。相對(duì)于其它水凝膠，本發(fā)明提供的超分子水凝膠可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)多重響應(yīng)、自愈合以及環(huán)境依賴(lài)的粘附行為，可以廣泛地應(yīng)用于傳感器、致動(dòng)器、自愈合材料和可移動(dòng)智能粘附劑等領(lǐng)域。

本發(fā)明所提供的一種多組分超分子水凝膠，由含強(qiáng)氫鍵的組分、含弱氫鍵的組分和水組成；

所述含強(qiáng)氫鍵的組分為氧化碳納米管、氧化石墨烯、羧基化四氧化三鐵納米粒子、羧基化銀納米粒子、羧基化量子點(diǎn)（如羧基化碳量子點(diǎn)、羧基化硫化鋅量子點(diǎn)、羧基化硫化鎘量子點(diǎn)或羧基化碲化鎘量子點(diǎn)）、聚丙烯酸、聚丙烯醇、聚乙烯醇、聚氨酯、聚酰胺和聚對(duì)苯乙烯磺酸鈉中的一種或多種；

所述含弱氫鍵的組分為小分子化合物或高分子化合物，所述小分子化合物或所述高分子化合物均為所述含伯胺、仲胺或叔胺的化合物。

上述的超分子水凝膠中，所述氧化碳納米管可采用申請(qǐng)?zhí)枮?00710158315.9或201010263656.4的專(zhuān)利申請(qǐng)中公開(kāi)的技術(shù)方案進(jìn)行制備；所述氧化石墨烯可采用申請(qǐng)?zhí)枮?01010263656.4的專(zhuān)利申請(qǐng)中公開(kāi)的技術(shù)方案進(jìn)行制備；所述羧基化四氧化三鐵納米粒子可用W.Chen,S.Li,C.Chen,L.Yan,Adv.Mater.2011,23,5679中的方法進(jìn)行合成。

上述的超分子水凝膠中，所述含強(qiáng)氫鍵的組分與所述含弱氫鍵的組分的質(zhì)量比可為1：33～3500，具體可為1：100～3500、1：100、1：145、1：250、1：499、1：1000、1：2000或1：3500。

上述的超分子水凝膠中，所述水凝膠中，所述水的質(zhì)量百分含量可為25%～90%，如25wt%、37.5wt%、50wt%、62.5wt%或75wt%。

上述的超分子水凝膠中，所述高分子化合物可為多乙烯多胺、聚乙烯亞胺（分子量為300～3000）、聚己烯亞胺（分子量為300～3000）、第三代聚酰胺胺樹(shù)枝形高分子、第四代聚酰胺胺樹(shù)枝形高分子、第五代聚酰胺胺樹(shù)枝形高分子或超支化聚酰胺胺；其中，所述第三代聚酰胺胺樹(shù)枝形高分子、第四代聚酰胺胺樹(shù)枝形高分子和第五代聚酰胺胺樹(shù)枝形高分子可按照文獻(xiàn)（D.A.Tom,E.Baker,J.Dewald,M.Hall,G.Kalla,S.Martin,J.Raeck,J.Ryder?and?P.Smith,Macromolecules,1986,19,2466.）報(bào)道的方法進(jìn)行制備；所述超支化聚酰胺胺可按照文獻(xiàn)（孫靜.超支化聚酰胺合成與研究進(jìn)展[J].上海化工,2011,(6):19-24.）報(bào)道的方法進(jìn)行制備。

上述的超分子水凝膠中，所述小分子化合物可為三聚氰胺。

本發(fā)明進(jìn)一步提供了上述超分子水凝膠的制備方法，包括如下步驟：