[發明專利]一種柔性高拉伸的溫敏、濕敏水凝膠及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 202011155765.4
• 申請日: 2020-10-26
• 公開（公告）號: CN112300408B
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發明（設計）人: 徐秀彬;陳俊民;陸雨;吳旭;于丹鳳;李云龍
• 申請（專利權）人: 廣州大學
• 主分類號: C08J3/075
• 分類號: C08J3/075;C08J3/24;C08L33/26;C08L5/08;C08B37/08;G01K7/16;G01N27/04;C08F220/56;C08F222/38
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 尹凡華

本發明屬于新型高分子功能材料領域，公開了一種柔性高拉伸的溫敏、濕敏水凝膠及其制備方法與應用。所述水凝膠，主要由以下組分制得：鹽類、甘油、改性殼聚糖、丙烯酰胺、N,N’?亞甲基雙丙烯酰胺、引發劑、凝膠促進劑和水；所述改性殼聚糖的制備方法為：將單羥基聚醚與二酸酐混合進行反應，再加入1?(3?二甲氨基丙基)?3?乙基碳二亞胺鹽酸鹽和N?羥基琥珀酰亞胺活化剩余羧基，最后加入質子化殼聚糖溶液反應，透析，冷卻干燥后制得。所述水凝膠具有良好的拉伸性能和機械強度，并具有穩定的濕度和溫度傳感性能。

技術領域

本發明屬于新型高分子功能材料領域，特別涉及一種柔性高拉伸的溫敏、濕敏水凝膠及其制備方法與應用。

背景技術

隨著傳感器技術的發展，人們對實時醫療監護、生物整合治療、可穿戴顯示器和輕量化移動電子設備的技術需求日益增長。但目前市售傳感器多為剛性無機材料制成，不具備可彎曲、拉伸性能，限制了傳感器在上述領域的應用。

近年來，柔性可拉伸傳感材料被廣泛研究與報道，其中水凝膠傳感器成為研究者最感興趣的課題之一。水凝膠是一種通過化學或物理交聯形成的三維網格結構的高分子聚合物，含有大量水并具有一定形態。根據水凝膠對外界刺激的響應情況可分為傳統的水凝膠和環境敏感的水凝膠兩大類。傳統的水凝膠對環境的變化如溫度或濕度等的變化不敏感，而環境敏感的水凝膠是指自身能感知外界環境(如溫度、濕度、pH、光、電、壓力等)微小的變化或刺激，并能產生相應的物理結構和化學性質變化甚至突變的一類高分子凝膠，其中以溫敏、濕敏水凝膠最為典型。此類凝膠的突出特點是在對環境的響應過程中其溶脹行為有顯著的變化，在傳感器、控釋開關等領域有著廣泛的應用。

現有技術下常見溫敏和濕敏水凝膠的制備利用天然的濕度敏感性材料(如瓊脂)和導電聚合物(如聚吡咯納米顆粒)構筑而成，盡管在濕度響應和溫度響應性能上取得了一些重要的成果，但由于聚吡咯納米顆粒等導電聚合物用于凝膠后其導電性能不穩定，且制備方法復雜等問題，極大程度限縮了水凝膠傳感器的應用范圍。除此之外，瓊脂等天然水凝膠拉伸性能和機械強度較差，這也在極大程度上限制了水凝膠傳感器的實際應用。因此用一種簡單的方法制備出高拉伸性，且具有較穩定濕度和溫度傳感性能的水凝膠仍然是一個巨大的挑戰。

發明內容

本發明旨在至少解決上述現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發明提出一種柔性高拉伸的溫敏、濕敏水凝膠及其制備方法與應用，所述水凝膠具有良好的拉伸性能和機械強度，并具有穩定的濕度和溫度傳感性能。

一種水凝膠，主要由以下組分制得：鹽類、甘油、改性殼聚糖、丙烯酰胺、N,N’-亞甲基雙丙烯酰胺、引發劑、凝膠促進劑和水；

所述改性殼聚糖的制備方法為：將單羥基聚醚與二酸酐混合進行反應，再加入1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽和N-羥基琥珀酰亞胺活化剩余羧基，最后加入質子化殼聚糖溶液反應，透析，冷卻干燥后制得。

優選的，所述鹽類選自氯化鉀；所述引發劑選自過硫酸銨；所述凝膠促進劑選自四甲基乙二胺。

優選的，所述改性殼聚糖的制備方法中，所述單羥基聚醚與二酸酐的摩爾比為(1-3):1；所述1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽與N-羥基琥珀酰亞胺的摩爾比為(1-3):1；所述質子化殼聚糖溶液濃度為10-20g/L。

優選的，所述改性殼聚糖的制備方法中，所述單羥基聚醚與二酸酐混合反應的時間為4-24h；所述1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽和N-羥基琥珀酰亞胺活化剩余羧基的時間為10-40min；所述加入質子化殼聚糖溶液反應的時間為4-24h。

優選的，所述改性殼聚糖的制備方法中，所述質子化殼聚糖溶液為使用醋酸或鹽酸調節殼聚糖水溶液的pH＜5制得。

優選的，按重量百分數計，所述水凝膠由以下組分組成：

上述水凝膠的制備方法，包括以下步驟：