[發(fā)明專利]一種近紅外光引發(fā)的自愈合聚乙烯醇-二硫化鉬復(fù)合水凝膠及其制備方法和測(cè)試方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910135056.0
• 申請(qǐng)日: 2019-02-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109897314B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-06-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 汪聯(lián)輝;楊文靜;王小棟;徐文雅;宇文力輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 主分類號(hào): C08L29/04
• 分類號(hào): C08L29/04;C08K7/00;C08K3/30;C08K5/37;C08J3/075;G01N3/08
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責(zé)任公司 32102
• 代理人: 范丹丹

本發(fā)明揭示了一種近紅外光引發(fā)的自愈合聚乙烯醇?二硫化鉬復(fù)合水凝膠及其制備方法和測(cè)試方法。所述復(fù)合水凝膠由具有光熱轉(zhuǎn)化特性的巰基化二硫化鉬納米片和優(yōu)異力學(xué)性能的聚乙烯醇組成。所述復(fù)合水凝膠采用巰基化二硫化鉬納米片與聚乙烯醇形成氫鍵相互作用，通過(guò)簡(jiǎn)單的反復(fù)凍融法制備而成。所述二硫化鉬表面修飾采用含巰基的配體分子通過(guò)巰基與二硫化鉬表面缺陷位點(diǎn)的配位作用進(jìn)行表面修飾制備得到帶有羥基的巰基化二硫化鉬納米片。本發(fā)明利用近紅外光引發(fā)自愈合，促進(jìn)復(fù)合水凝膠中氫鍵的重新形成，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制式、能量轉(zhuǎn)化式的自愈合方式。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種近紅外光引發(fā)的自愈合聚乙烯醇-二硫化鉬復(fù)合水凝膠及其制備方法和測(cè)試方法，可用于高分子材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

自愈性材料具有自我修復(fù)損傷的特點(diǎn)，能夠增加使用材料的安全性，延長(zhǎng)材料壽命，是一種具有損傷管理性能的智能新材料，在近年來(lái)的研究中備受關(guān)注。根據(jù)愈合機(jī)理，可分為外植型和本征型自愈合材料，早期的自愈材料主要集中于微膠囊、微管破裂引發(fā)再聚合實(shí)現(xiàn)修復(fù)損傷，但這是一種不可逆體系，修補(bǔ)次數(shù)有限。本征型自愈合材料是基于建構(gòu)動(dòng)態(tài)化學(xué)理念，采用酰腙鍵、氫鍵等動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵或非共價(jià)鍵設(shè)計(jì)合成的。例如，Wojtecki等(Using the dynamic bond to access macroscopically responsive structurallydynamic polymers.Nature Materials 10，14-27)利用動(dòng)態(tài)組合化學(xué)，在高分子凝膠網(wǎng)絡(luò)中引入動(dòng)態(tài)非共價(jià)鍵以及超分子弱相互作用，使得材料具有本征性的自愈特性。又如，Deng等(Dynamic hydrogels with environmental adaptive self-healing ability anddual responsive sol-gel transition.ACS Macro Lett.2012，1，275)基于雙硫鍵合成了同時(shí)具有酸堿和氧化還原雙重響應(yīng)性的水凝膠。

早期材料的自愈性可以算是修補(bǔ)過(guò)程，目前的研究則傾向于利用材料本身物理化學(xué)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，在一定刺激因子和外界能量輸入下，啟動(dòng)自身結(jié)構(gòu)變化達(dá)到自愈合的效果。這種自愈合材料有賴于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的動(dòng)態(tài)特征，即目前較受認(rèn)可的流動(dòng)相機(jī)理。因此在設(shè)計(jì)合成水凝膠的過(guò)程中又存在著一些挑戰(zhàn)。一方面，絕大多數(shù)水凝膠力學(xué)性能比較差。另一方面，合成的水凝膠不能同時(shí)滿足高的愈合效率和快速愈合的能力。Zhao等(Poly(vinylalcohol)hydrogel can autonomously self-heal.ACS Macro Lett.2012，1，1233-1236)基于氫鍵作用制備聚乙烯醇水凝膠，該水凝膠在室溫下能夠發(fā)生自愈合，但是愈合速度緩慢，水凝膠愈合48h只有72％的愈合效率。此外，大部分水凝膠采用接觸式或加熱式的愈合方法，其缺點(diǎn)就是接觸式不能保證受損區(qū)域充分有效接觸，加熱式引發(fā)的愈合會(huì)導(dǎo)致整個(gè)材料溫度的升高，對(duì)材料整體性能造成影響。因此，制備出愈合效率高、力學(xué)性能好且在短時(shí)間內(nèi)能夠快速自愈合的水凝膠具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，提出一種近紅外光引發(fā)的自愈合聚乙烯醇-二硫化鉬復(fù)合水凝膠及其制備方法和測(cè)試方法。

本發(fā)明的目的將通過(guò)以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)：一種近紅外光引發(fā)的自愈合聚乙烯醇-二硫化鉬復(fù)合水凝膠，復(fù)合水凝膠包括二硫化鉬納米片、二硫蘇糖醇DTT和聚乙烯醇PVA，各組分結(jié)構(gòu)式如下：

所述復(fù)合水凝膠采用巰基化二硫化鉬納米片與聚乙烯醇形成氫鍵相互作用，通過(guò)反復(fù)凍融法制備而成。

優(yōu)選地，所述復(fù)合水凝膠的愈合機(jī)理是通過(guò)近紅外光引發(fā)，使復(fù)合水凝膠溫度升高22.7℃，促進(jìn)復(fù)合水凝膠內(nèi)氫鍵重新形成，實(shí)現(xiàn)快速自愈合；所述復(fù)合水凝膠具有優(yōu)異的力學(xué)性能，復(fù)合水凝膠的原始應(yīng)力為216.7kPa，愈合后的應(yīng)力為199.0kPa，愈合效率為91.8％；原始復(fù)合水凝膠的應(yīng)變?yōu)?83.3％，愈合后其應(yīng)變可恢復(fù)到242.0％；原始復(fù)合水凝膠的模量為273.3kPa，愈合后其模量增加到676.0kPa。