[發明專利]一種基于海藻酸鹽的高強度自愈合多層水凝膠的制備方法

在審

• 申請號: 202010874094.0
• 申請日: 2020-08-26
• 公開（公告）號: CN112521626A
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發明（設計）人: 孫劍;趙丁偉;馮咪
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: C08J3/075
• 分類號: C08J3/075;C08J9/42;C08L5/04;C08L33/26;C08F120/56
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本發明涉及水凝膠的制備領域，具體指基于海藻酸鹽的高強度自愈合多層水凝膠的制備方法。方法具體包括如下幾個步驟：1、將丙烯酰胺(AM)在N₂氣氛下添加到含去離子水的三頸圓底燒瓶中并磁力攪拌至均勻。2、將丙烯酰胺溶液緩慢加熱至一定溫度，然后緩慢加入一定量的過硫酸銨，以發生聚合反應制備聚丙烯酰胺(PAM)水凝膠。3、將可溶性的海藻酸鹽(SA)在超聲輔助下分散在去離子水中以制備具有一定質量分數的SA溶液，然后添加至已制備的PAM水凝膠中。將混合物快速脫氣并轉移到塑料矩形模具中，將其密封并在室溫下保持一段時間以完成高強度自愈合多層海藻酸鈉/聚丙烯酰胺水凝膠形成過程。本發明提供了一種基于海藻酸鹽的高強度自愈合多層水凝膠的制備方法，所使用的海藻酸鹽和聚丙烯酰胺無毒無害。希望為基于海藻酸鹽的水凝膠微觀多層結構的設計提供一些參考。

技術領域

本發明屬于水凝膠制備領域，具體涉及一種基于海藻酸鹽的高強度自愈合多層水凝膠的制備方法。

背景技術

水凝膠(Hydrogel)是一類具有三維網絡結構的多孔材料。已被廣泛應用于生物醫學、超級電容器、生物傳感器、催化劑載體、油水分離、隔熱材料等諸多領域。

在制備水凝膠的材料中，聚丙烯酰胺(PAM)是最常用的體系之一，因為它是無毒的，生物惰性的，并且能夠保留其形狀，化學和自愈特性。然而，大多數已報道的PAM水凝膠存在著機械強度不足，或自我修復性能較弱的缺點。設計的多層結構之間的有序協同相互作用可以實現良好的機械模量和強度。因此，設計和合成具有規則結構的多層膜對于提高機械強度具有重要意義。海藻酸鈉(SA)是主要來源于海帶、巨藻、馬尾藻等褐藻門藻類的天然多糖鹽類，具有良好的生物相容性、吸濕性及吸附性等性能，廣泛應用于水凝膠制備領域。與其他天然聚合物(例如纖維素，木質素和甲殼質)相比，SA是用于有序納米結構合成的理想生物聚合物。這是因為SA是一種眾所周知的天然衍生的線型陰離子共聚物，其骨架框架內的大量羧基可與堿性介質中的陽離子發生特定的螯合相互作用，形成微觀有序結構。因此SA可以作為誘導多層結構材料形成的有效模板。盡管最近已經報道了一些用于特殊的SA誘導的多層自組裝的合成方法，但是仍然需要更加有效和簡便的途徑來理解和利用其自組裝過程，設計合成高度有序的微觀多層水凝膠仍面臨挑戰。

在過去的幾十年中，已經開發出了包括逐層組裝，光聚合和順序電紡絲在內的多種技術，用于構建結構可控的多層水凝膠。但仍然存在一些挑戰。例如，逐層組裝技術存在以下問題：(1)組裝過程是逐層進行的，而且操作繁瑣。(2)多層水凝膠中每一層的厚度無法靈活調節。對于其他制備方法，它們還面臨維護成本高和技術不成熟的其他挑戰。因此，仍然需要開發一種廉價，環境和方便的多層水凝膠，并具備高強度和自愈合能力。

發明內容

針對以上技術問題，本發明公開了一種基于海藻酸鹽的高強度自愈合多層水凝膠的制備方法，本發明通過如下步驟實現：

一種基于海藻酸鹽的高強度自愈合多層水凝膠的制備方法，其特征在于制備方法是按下述步驟進行的：將丙烯酰胺(AM)在N₂氣氛下添加到含去離子水的三頸圓底燒瓶中并磁力攪拌至均勻。將丙烯酰胺溶液緩慢加熱至一定溫度，然后緩慢加入一定量的過硫酸鹽，以發生聚合反應制備聚丙烯酰胺(PAM)水凝膠。將可溶性的海藻酸鹽(SA)在超聲輔助下分散在去離子水中以制備具有一定質量分數的SA溶液，然后將已制備的PAM水凝膠浸沒于海藻酸鹽溶液中。將混合物快速脫氣并轉移到塑料矩形模具中，將其密封并在室溫下保持一段時間以完成高強度自愈合多層海藻酸鈉/聚丙烯酰胺水凝膠形成過程。

優選地，其特征在于所述的丙烯酰胺溶液中，丙烯酰胺質量分數為1wt％-20wt％，其余為去離子水。

優選地，其特征在于丙烯酰胺溶液緩慢加熱至50-90℃。

優選地，其特征在于所添加的過硫酸鹽為過硫酸銨、過硫酸鈉、過硫酸鉀中的一種或幾種混合。

優選地，其特征在于所添加的過硫酸鹽的質量為丙烯酰胺質量的0.5wt％-3wt％。