[發明專利]一種抗冰水凝膠粘結材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202010170031.7
• 申請日: 2020-03-12
• 公開（公告）號: CN111234122B
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發明（設計）人: 黃俊;閆勇敢;邱曉勇;崔辛;許樹磊;姚鵬;黃傳真
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: C08F283/00
• 分類號: C08F283/00;C08F220/56;C08F2/44;C08F2/48;C08K5/053;C08K3/16;C08J3/075;C08J3/28;C08L51/08;C09K3/18
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張曉鵬

本發明屬于水凝膠制備方法技術領域，具體涉及一種抗冰水凝膠粘結材料及其制備方法和應用。本發明提供了一種抗冰水凝膠粘結材料，以丙三醇、氯化鈣、聚乙烯亞胺(PEI)、丙烯酰胺單體(AM)為原料，在交聯劑和光引發劑存在的條件下，通過波長為365nm紫外光照射下，即得到所述的抗冰水凝膠粘結材料。本發明所制備的抗冰水凝膠粘結材料性能優于現存的水凝膠粘結材料，解決了傳統水凝膠粘結材料在低溫下結冰，無法在低溫下(如?40℃)直接使用的問題。并且該抗冰水凝膠粘結材料具備多種性能，包括抗冰性、粘結性、保水性和導電性，尤其在低溫粘結方面，可在?40℃惡劣的低溫環境下實現可逆粘結，能重復使用。

技術領域

本發明屬于水凝膠制備技術領域，具體涉及一種適用于低溫環境、可實現可逆粘結的抗冰水凝膠粘結材料和該材料的制備方法及應用。

背景技術

公開該背景技術部分的信息僅僅旨在增加對本發明的總體背景的理解，而不必然被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已經成為本領域一般技術人員所公知的現有技術。

水凝膠粘結材料在許多領域中都有潛在的應用價值，例如柔性電子、可穿戴設備、傷口愈合和軟骨修復等領域。然而，當溫度在零度以下時，例如在北極和南極寒冷的環境下，普通水凝膠材料會被凍住，難以直接在低溫環境下直接使用。所以需要研發出能夠在低溫環境下(例如-40℃)能夠直接使用的水凝膠材料。聚乙烯亞胺(PEI)是一種功能性高分子，特別是支鏈狀聚乙烯亞胺帶有許多氨基，將聚乙烯亞胺(PEI)引入水凝膠網格中可以使水凝膠材料具備良好的粘結性。

醇類和金屬鹽離子是常用的抗凍劑，通過在水凝膠網絡中添加抗凍劑可以使水凝膠具備良好的抗凍性能。然而，目前所存在的抗凍水凝膠不具備低溫粘結性能，無法在低溫(例如-40℃)實現可逆粘結。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，為了解決傳統水凝膠材料無法抗冰和現存的抗冰水凝膠難以在低溫(-40℃)下實現可逆粘結的問題，本發明提出了一種利用丙三醇、氯化鈣、聚乙烯亞胺和丙烯酰胺單體為原料制備抗冰水凝膠粘結材料的方法。該水凝膠是一種多功能醇-離子雜化水凝膠，具備多種性能，包括抗冰性、粘結性、保水性和導電性，尤其在低溫粘結方面，可在-40℃惡劣的低溫環境下實現可逆粘結。

基于上述技術效果，本發明提供以下技術方案：

本發明第一方面，提供一種抗冰水凝膠粘結材料，所述粘結材料的制備原料包括抗冰劑、聚乙烯亞胺、丙酰胺單體、交聯劑及光引發劑；

所述抗冰劑為丙三醇與氯化鈣；

現有的水凝膠粘結材料在低溫(-10～-40℃)條件下會被冷凍失去粘結性能，更無法實現低溫條件下的可逆粘結。本發明聯想到通過向水凝膠網格中加入抗冰劑(如丙三醇和氯化鈣)來實現水凝膠的抗冰性能，該水凝膠網格結構由聚丙烯酰胺(PAM)和聚乙烯亞胺(PEI)通過共價鍵和動態的氫鍵共同組合而成，丙三醇、氯化鈣和水的混合溶液存在水凝膠網格中。所發明的水凝膠能夠在低溫條件下不被冷凍、同時能夠保持粘結性能，并且該粘結性能隨著溫度降低而提高，能夠很好的適應低溫下對金屬材料的粘接工作。

其中，所述交聯劑用于聚合丙烯酰胺單體(AM)以形成聚丙烯酰胺網格(PAM)；所述光引發劑用于在紫外光條件下引發聚合反應，同時引發聚丙烯酰胺(PAM)和聚乙烯亞胺(PEI)反應，使該兩種高分子之間形成共價鍵。

選用本領域常用的聚合物交聯劑及光引發劑均可實現上述效果。優選的方案中，所述交聯劑為N,N'-亞甲基雙丙烯酰胺(BAM)；光引發劑為光引發劑2960。

本發明第二方面，提供第一方面所述抗冰水凝粘膠材料的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：將聚乙烯亞胺(PEI)、丙烯酰胺單體(AM)、交聯劑及光引發劑溶于氯化鈣-丙三醇混合溶液中，獲得水凝膠預聚液，經過磁力攪拌和超聲振動后獲得均勻的水凝膠預聚液，并通過紫外光照射得到所述的抗冰水凝膠粘結材料。