[發明專利]一種高強度自修復三網絡水凝膠的制備方法

在審

• 申請號: 201710855985.X
• 申請日: 2017-09-14
• 公開（公告）號: CN107903406A
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: 劉志勇;王義西;孟桂花;王智存
• 申請（專利權）人: 劉志勇;王義西;孟桂花;王智存
• 主分類號: C08J3/075
• 分類號: C08J3/075;C08L33/02;C08L29/04;C08L5/12;C08F220/06;C08F222/38;C08F8/42
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技術領域

本發明屬于水凝膠制備領域，具體涉及一種高強度自修復水凝膠的制備方法。

背景技術

水凝膠是化學交聯或物理交聯形成的具有三維網絡結構的高分子材料，高分子網絡中含有大量的水并且觸感柔軟、能保持一定形狀，這一特性與生物體軟組織有很多相似性。作為一種濕的軟材料，水凝膠在許多方面與人體的一些器官和組織十分相似，因此在生物醫用領域如組織修復材料、人造肌肉、生物傳感器及藥物載體等方面顯示出良好的應用前景。但傳統的合成水凝膠往往呈現較低的力學性能，質脆易碎，不能滿足水凝膠在許多領域實際應用需求。并且傳統的水凝膠沒有自修復性能，這樣便減少了水凝膠的使用次數和壽命。為了提高水凝膠的機械強度和增加其自修復性能，近十幾年來，許多研究者開發了一些具有新網絡結構水凝膠來提高其機械性能，比較典型的代表如具有拓撲結構或滑動環的水凝膠、有機-無機納米復合水凝膠、雙網絡水凝膠等。

雙網絡結構水凝膠是增加水凝膠強度的方法之一，2003年，日本北海道大學龔劍萍教授首先提出雙網絡結構水凝膠(Advanced Materials，2003，15，1155-1158)。隨后的幾十年，雙網絡水凝膠得到了快速的發展，如《先進功能材料》(Advanced Functional Materials，2015，25，1598-1607)發表的文章“具有高強度和自修復性能的物理交聯雙網絡結構水凝膠”(A Novel Design Strategy for Fully Physically Linked Double Network Hydrogels with Tough，Fatigue Resistant，and Self-Healing Properties)，雖然制備的水凝膠具有很好的力學性能，但水凝膠的自修復效率較低(＜50％)。又比如《大分子》(Macromolecules，2016，49，5660-5668)出版的文章“高拉伸性和具有自恢復能力的雙物理交聯水凝膠”(Dual Physically Cross-Linked Hydrogels with High Stretchability，Toughness，and Good Self-Recoverability)，此水凝膠具有很好的機械強度，并能在4個小時內恢復其韌性的65％。專利號為CN 103739861 A的國家發明專利采用“一鍋煮”法制備高強度水凝膠，所制備的高強度水凝膠具有高強度高韌性的特點，水凝膠的拉伸強度為0.6-1.2MPa。雖然他們報道的水凝膠具有很好的機械性能，但他們的水凝膠沒有好的自修復性能甚至沒有展示出自修復性。因此，發展兼具高強度和自修復性的水凝膠制備方法仍然是一項具有挑戰性的工作，對于推動水凝膠的實際應用具有重要理論和實際意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高強度自修復水凝膠的制備方法，其通過一鍋法制備而成，制備工藝簡單易操作，并且制備得到的水凝膠具有好的機械性能和自修復性能。本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

第一步：PAA/Agar/PVA復合溶液的制備

取10-20份去離子水、0.4-1.6份聚乙烯醇和0.1-0.5份瓊脂加入反應釜中，在85-95℃的溫度條件下攪拌1～2h后，冷卻至40℃時向其中加入單體丙烯酸1-4份、化學交聯劑(N’N-二甲基雙丙烯酰胺)0.01-0.06份和氯化鐵0.1-0.4份，均勻攪拌后形成混合溶液，再將該混合溶液除氧后加入引發劑過硫酸鹽0.01-0.1份，充分攪拌后得到聚丙烯酸/聚乙烯醇/瓊脂復合溶液，備用。

第二步：PAA/Agar/PVA三網絡水凝膠的制備

取5-20份PAA/Agar/PVA復合溶液，倒入模具中，將模具放入60-70℃溫度條件下反應1-3h，形成第一層聚丙烯酸-Fe³⁺網絡，再將模具放入5-10℃下進行冷卻1-3h，形成第二層瓊脂網絡，然后將模具放入-20℃進行循環三次冷凍再解凍，形成第三層聚乙烯醇網絡，從而得到高強度自修復水凝膠。