[發明專利]一種保水凝膠材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201811208695.7
• 申請日: 2018-10-17
• 公開（公告）號: CN109334173A
• 公開（公告）日: 2019-02-15
• 發明（設計）人: 李秋榮;王淑雪;馮雙將;遲宏進
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: B32B25/20
• 分類號: B32B25/20;B32B25/04;C08L33/02;C08L5/12;C08L29/04;C08J3/075;C08F220/06;C08F222/38
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 劉奇

本發明提供了一種保水凝膠材料，屬于凝膠材料技術領域。本發明所述凝膠材料依次包括第一保水層、導電層和第二保水層，所述第一保水層和第二包水層為聚硅氧烷彈性體；所述導電層由瓊脂、聚乙烯醇、丙烯酸、過硫酸鹽、N,N?亞甲基雙丙烯酰胺、無機金屬鹽和水制備得到。本發明提供的保水凝膠材料中導電層原料中丙烯酸在交聯劑(N,N?亞甲基雙丙烯酰胺)的作用下發生聚合反應生成三維網絡結構的聚丙烯酸，瓊脂、聚乙烯醇和聚丙烯酸以及金屬離子發生配位絡合反應。導電層的三維網絡結構、游離的H⁺和金屬離子使得水凝膠材料具備壓力敏感性能、自修復性能和導電性能，兩側的保水層防止凝膠材料的水分流失。

技術領域

本發明涉及凝膠材料技術領域，尤其涉及一種保水凝膠材料及其制備方法。

背景技術

近年來，水凝膠由于其良好的柔軟性，靈敏性，生物兼容性及滲透性而在傳感器，組織工程支架和藥物載體等方面備受關注。因為水凝膠的柔軟性，生物相容性和高拉伸性與人體皮膚相似，所以可以作為電子皮膚的首選原材料。皮膚作為人體的器官具有柔軟，堅韌，免疫，可自我修復的特點，并且能夠感受到細微的環境差異，如微小的溫度變化，這刺激了關于人造皮膚材料的許多研究，尤其是電子皮膚和軟性可穿戴傳感器。這些裝置可以將外部刺激(如壓力，溫度，濕度或扭曲變形)轉換為可檢測的電子信號(電流，電阻或電容)，因此可用于人工智能、軟機器人等領域。

人體皮膚具有兩個方面的屏障作用：一是防止體內水分、電解質和其他物質的丟失；二是阻止外界有害物質的侵入。由于人體皮膚是機械特性、感官特性和免疫特性的獨特組合，在模仿人類皮膚方面仍然存在嚴峻挑戰。為了充分模仿皮膚的感覺和感覺特性，開發具有良好拉伸性、壓力敏感和抗菌的材料十分重要。目前，可伸展智能皮膚主要有三種：(1)屈曲柔性電子裝置，(2)圖案化不連續的剛性組件，(3)開發本征可拉伸材料。但是，為了仿生和醫學用途，材料柔軟和/或可拉伸的不夠充分。柔軟的人造皮膚需要在實際應用中機械柔順和耐用，即可塑性變形以完全匹配彎曲和動態表面，并自主自愈，以“感知”傷口并快速修復自身。Suo和他的同事開發了“離子皮膚”的概念，依靠通過水凝膠或離子凝膠的離子轉導，這大大擴展了人造皮膚的可設計性，這些皮膚融合了基于水凝膠的傳感器的獨特優勢，如生物相容性和高拉伸性。

典型的基于化學交聯聚丙烯酰胺(PAAm)水凝膠或離子凝膠的離子型皮膚具有良好拉伸性，塑性變形性、自主自愈能力和壓力敏感性。離子皮膚雖具有壓力敏感性，但是基于水凝膠的離子皮膚的水分容易流失，這就導致了離子皮膚的導電性能和敏感性能下降。

發明內容

有鑒于此，本發明目的在于提供一種保水凝膠材料及其制備方法，本發明提供的保水凝膠材料具有高靈敏的壓力敏感性能，同時能夠保持離子皮膚中的水分不流失。

本發明提供了一種保水凝膠材料，依次包括層疊設置的第一保水層、導電層和第二保水層；

所述第一保水層和第二保水層為聚硅氧烷彈性體；

所述導電層的制備原料包括瓊脂、聚乙烯醇、丙烯酸、過硫酸鹽、N,N-亞甲基雙丙烯酰胺、無機金屬鹽和水，所述脂、聚乙烯醇、丙烯酸、過硫酸鹽、N,N-亞甲基雙丙烯酰胺、無機金屬鹽和水的質量比為(0.3～0.6)：(1.0～1.6)：(3.0～6.0)：(0.01～0.06)：(0.01～0.05)：(0.3～0.5)：(0.75～0.80)。

優選地，所述聚硅氧烷彈性體為聚甲基苯基硅氧烷、聚醚聚硅氧烷或聚二甲基硅氧烷。

優選地，所述無機金屬鹽為鐵鹽、鋅鹽、鋁鹽和鈣鹽中的一種或幾種。

優選地，所述第一保水層和第二保水層的厚度獨立地為1～2mm，所述導電層的厚度為3～5mm。

本發明還提供了上述保水凝膠材料的制備方法，包括以下步驟：

1)將聚硅氧烷和固化劑混合后注入磨具中固化，得到聚硅氧烷彈性體層；