[發(fā)明專利]一種基于納米薄層二硫化鉬片的高分子復(fù)合自愈合水凝膠及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710036508.0
• 申請日: 2017-01-18
• 公開（公告）號(hào): CN106866993B
• 公開（公告）日: 2019-03-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 汪聯(lián)輝;楊文靜;陳思謀;宇文力輝;張琦
• 申請（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 主分類號(hào): C08J3/075
• 分類號(hào): C08J3/075;C08G81/02;C08K7/00;C08K3/30;C08L87/00
• 代理公司: 南京知識(shí)律師事務(wù)所 32207
• 代理人: 陳思

本發(fā)明屬于高分子生物材料技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種基于納米二硫化鉬片的高分子復(fù)合自愈合水凝膠及其制備方法。所述復(fù)合水凝膠通過在納米薄層二硫化鉬片水溶液中發(fā)生光引發(fā)點(diǎn)擊反應(yīng)而形成。所述點(diǎn)擊反應(yīng)為甲基丙烯酸酐化明膠中的不飽和雙鍵與四臂巰基聚乙烯醇中的巰基在紫外光輻射下發(fā)生。所述自愈合性能是材料通過在近紅外光照射下利用納米薄層二硫化鉬片的光熱轉(zhuǎn)化特性使得水凝膠升溫而實(shí)現(xiàn)自愈合目的。本發(fā)明將納米二維材料二硫化鉬片運(yùn)用到自愈合材料領(lǐng)域，并賦予材料光刺激條件下的快速愈合特性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高分子生物材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于納米薄層二硫化鉬片的高分子復(fù)合自愈合水凝膠及其制備方法。

背景技術(shù)

自愈合材料是受到大自然的啟發(fā)，模仿生物體損傷愈合，通過物質(zhì)補(bǔ)給或能量補(bǔ)給機(jī)制，使材料的微損傷能夠得以自動(dòng)愈合的一種新興仿生材料。

目前，復(fù)合水凝膠、納米復(fù)合水凝膠在自愈合領(lǐng)域已經(jīng)有了很大的進(jìn)展，一般是由不混溶的有機(jī)(聚合物)和無機(jī)成分(粘土/顆粒)與復(fù)雜的(納米級)結(jié)構(gòu)體組成。McKee等(Adv.Funct.Mater.2014,24,2706)通過主客體相互作用制備了一種納米復(fù)合水凝膠并具有優(yōu)異的自愈合性能(自愈合時(shí)間小于10s)。Spoljaric等(Eur.Polym.J.2014,56,105)通過混合納米原纖化纖維素(NFC)、聚乙烯醇(PVA)、硼砂合成了納米復(fù)合水凝膠，具有優(yōu)異的自愈合性能，其自愈合性能是由氫鍵的重組引發(fā)的，且氫鍵的存在也將大幅提升水凝膠的機(jī)械性能。此外，Duan等(J.Nanomater.2015,10,1155)將一種由纖維素納米晶須、丙烯酰胺、甲基丙烯酸十八酯等組成的水凝膠能夠通過疏水性膠束的解離和重組實(shí)現(xiàn)凝膠的自愈合性能。但是，這些自愈合水凝膠具有一定的生物毒性，且機(jī)械性能無法滿足實(shí)際使用需求。

近年來，二維納米材料在自愈合材料制備領(lǐng)域逐漸嶄露頭角，特別是石墨烯作為重要組分構(gòu)建納米復(fù)合自愈合材料引起了人們的廣泛關(guān)注，Cui等(J.Mater.Chem.A.2015,3,17445)將氧化石墨烯片層通過與聚丙烯酰胺物理交聯(lián)的方法制備了一種混合水凝膠，其所承受的最大拉伸力可以達(dá)到243kPa，拉伸倍數(shù)可達(dá)到199倍，并且能夠在沒有任何外界條件激發(fā)的情況下完成自愈合。其自愈合效果是通過高分子鏈在破碎的界面相互擴(kuò)散和高分子鏈穿過破碎界面進(jìn)行相互纏繞，隨后在丙烯酰胺鏈與鏈之間、丙烯酰胺與氧化石墨烯之間重新形成氫鍵而完成的。Zhong等(J.Mater.Chem.B.2015,3,4001)將氧化石墨烯納米片層與聚丙烯酰胺形成的復(fù)合水凝膠與Fe³⁺交聯(lián)，使材料具有了自愈合特性。但是，目前石墨烯還沒有辦法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，因此基于石墨烯的自愈合水凝膠的成本較高，不適合大規(guī)模生產(chǎn)和推廣。

納米薄層二硫化鉬片作為類石墨烯的一種二維材料，在太陽光譜區(qū)域有很強(qiáng)的吸收能力，在光催化和光伏領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。在眾多層狀材料中，MoS₂(二硫化鉬)是很特殊的，它在熱、力、光、電方面都有獨(dú)特的優(yōu)異性能。MoS₂有良好的光吸收和熒光性質(zhì)，并且它的光致發(fā)光會(huì)隨著其層數(shù)的減少而變強(qiáng)，當(dāng)MoS₂納米片為單層時(shí)發(fā)光最強(qiáng)(NanoLett.2010,10,1271)。為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的生物不相容、機(jī)械強(qiáng)度低、成本高等技術(shù)問題，本發(fā)明基于納米薄層二硫化鉬片優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)化效應(yīng)、良好的導(dǎo)電性及較大的比表面積等特點(diǎn)，構(gòu)建自愈合性能優(yōu)良的納米二硫化鉬片-高分子復(fù)合水凝膠，實(shí)現(xiàn)其在自愈合材料制備領(lǐng)域的推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于納米薄層二硫化鉬片的高分子復(fù)合自愈合水凝膠及其制備方法，首次將二維材料納米材料薄層二硫化鉬片應(yīng)用到自愈合材料領(lǐng)域，利用納米薄層二硫化鉬片的光熱轉(zhuǎn)化特性使材料經(jīng)近紅外光照射使得水凝膠升溫、導(dǎo)致其內(nèi)部溫敏性的甲基丙烯酸苷化明膠分子鏈產(chǎn)生流動(dòng)性，從而實(shí)現(xiàn)自愈合的目的。由于本發(fā)明所用材料都具有很好的生物相容性與低毒性，本材料有望具有良好的生物應(yīng)用前景。本發(fā)明的技術(shù)方案如下所述：