[發(fā)明專利]一種自修復(fù)的水凝膠及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011118164.6
• 申請日: 2020-10-19
• 公開（公告）號: CN112250803B
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐秀彬;陳俊民;吳旭;陸雨;于丹鳳;李云龍
• 申請（專利權(quán)）人: 廣州大學(xué)
• 主分類號: C08F283/00
• 分類號: C08F283/00;C08F220/36;C08F220/56;C08F2/50;C08L51/08
• 代理公司: 廣州嘉權(quán)專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 44205
• 代理人: 尹凡華

本發(fā)明屬于高分子材料技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種自修復(fù)的水凝膠及其制備方法和應(yīng)用。所述水凝膠包括改性環(huán)糊精和金剛烷基團(tuán)結(jié)構(gòu)。所述水凝膠的主鏈含有金剛烷基團(tuán)，金剛烷基團(tuán)獨(dú)特大結(jié)構(gòu)框架剛好被環(huán)糊精內(nèi)部疏水腔識別，疏水相互作用得到固定，水凝膠因此得到交聯(lián)。水凝膠在膠態(tài)向塑料態(tài)轉(zhuǎn)換過程中，能夠?qū)崿F(xiàn)自修復(fù)，轉(zhuǎn)變后的塑料具有良好的力學(xué)強(qiáng)度。且通過堿液對所述自修復(fù)的水凝膠進(jìn)行修復(fù)或者塑料進(jìn)行再組裝，修復(fù)的塑料界面處可以承受超過100N的力。再組裝過程能夠在保證塑料擁有較高強(qiáng)度的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)塑料的循環(huán)利用，大大降低傳統(tǒng)石油烴衍生的水凝膠及其水凝膠塑料對環(huán)境造成的負(fù)擔(dān)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高分子材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種自修復(fù)的水凝膠及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

近年來，隨著全球氣候變暖、資源不斷短缺，人們對環(huán)境保護(hù)的意識逐步增強(qiáng)。可持續(xù)材料已成為緩解和應(yīng)對環(huán)境挑戰(zhàn)的迫切需要。

水凝膠作為一種廣泛使用的材料，由于具有良好的柔韌性，低楊氏模量，高拉伸性和優(yōu)異的生物相容性等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于電子皮膚、自診斷儀器、軟機(jī)器人和可穿戴電子產(chǎn)品等。一直以來，如何設(shè)計(jì)、制備可持續(xù)(環(huán)保、可循環(huán)利用)的水凝膠成為了巨大的挑戰(zhàn)。通常，可以采用兩種方法制備可持續(xù)的水凝膠。一種是利用新型自然材料，例如生物質(zhì)(DNA、木材)制備水凝膠，生物質(zhì)具有可再生性、可持續(xù)性和環(huán)境友好性等優(yōu)點(diǎn)。另一個(gè)是制備具有自修復(fù)能力的水凝膠，這賦予材料修復(fù)其微裂紋活損傷，并保留其主要功能特性，從而延長材料的使用壽命，減少材料浪費(fèi)。

但是，傳統(tǒng)的水凝膠，由石油烴衍生而來，其主要成分為聚丙烯酰胺或聚丙烯酸。其拉伸性弱，沒有自我修復(fù)能力，轉(zhuǎn)變?yōu)樗芰虾螅M(jìn)入食物鏈，會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。目前關(guān)于可持續(xù)凝膠、塑料的研究很多，但具有自修復(fù)能力的可持續(xù)水凝膠仍處于起步階段，其自修復(fù)強(qiáng)力弱。

因此，亟需提供一種自修復(fù)的水凝膠，具有良好自修復(fù)能力。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在至少解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明提出一種自修復(fù)的水凝膠，具有良好自修復(fù)能力。

一種自修復(fù)的水凝膠，所述水凝膠包括改性環(huán)糊精和金剛烷基團(tuán)結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的，所述水凝膠還包括-CH＝CO-或/和CH₂＝CO-結(jié)構(gòu)。所述-CH＝CO-和CH₂＝CO-結(jié)構(gòu)可以由丙烯酸酯、丙烯酰胺等物質(zhì)提供，其目的是形成凝膠主鏈。

優(yōu)選的，所述水凝膠主要由改性環(huán)糊精、金剛烷胺改性丙烯酸酯、丙烯酰胺和光引發(fā)劑制得。

本發(fā)明也提出一種自修復(fù)的水凝膠的制備方法，包括以下步驟：

(1)將二異氰酸酯加入聚醚多元醇中，反應(yīng)，然后加入環(huán)糊精，反應(yīng)，制得改性環(huán)糊精；改性的環(huán)糊精網(wǎng)絡(luò)可以作為一個(gè)互穿交聯(lián)點(diǎn)，使凝膠主鏈進(jìn)行物理穿插，提高了交聯(lián)強(qiáng)度。

(2)將金剛烷胺加入丙烯酸酯單體中，反應(yīng)，提純，得到金剛烷胺改性丙烯酸酯；

(3)將丙烯酰胺單體與步驟(1)制得的改性環(huán)糊精、步驟(2)制得的金剛烷胺改性丙烯酸酯溶于溶劑中，加入光引發(fā)劑，反應(yīng)，制得所述水凝膠。

優(yōu)選的，步驟(1)中所述聚醚多元醇為聚醚二元醇，如聚乙二醇、磺酸鹽聚醚二元醇和聚丙二醇等。

優(yōu)選的，步驟(1)中所述二異氰酸酯選自甲苯二異氰酸酯(TDI)、異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)、二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)、二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯(HMDI)、六亞甲基二異氰酸酯(HDI)或賴氨酸二異氰酸酯(LDI)中的至少一種；進(jìn)一步優(yōu)選的，所述二異氰酸酯選自異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)、二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)或六亞甲基二異氰酸酯(HDI)中的至少一種。