[發明專利]一種仿生水凝膠、其制備方法及應用

有效

• 申請號: 202011178397.5
• 申請日: 2020-10-29
• 公開（公告）號: CN112300409B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發明（設計）人: 張學同;王金培;杜煜
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: C08J3/075
• 分類號: C08J3/075;C08L29/04;C08K9/12;C08K5/053;C08K7/26;C08K5/07;C08L5/12;C08L89/00;C08L5/08;C08L5/04;C08L71/02;C08L1/02;C08K5/05;C08K7/24
• 代理公司: 南京利豐知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 王茹;王鋒

1.一種仿生水凝膠，其特征在于，它具有三維網絡結構，所述三維網絡結構包括高分子網絡骨架和均勻分布于所述高分子網絡骨架中的負載有抗凍劑的氣凝膠基質，并且在所述仿生水凝膠中，所述三維網絡結構中氣凝膠基質裝載的抗凍劑能夠被釋放出來，并與水分子相互作用，抑制水分子結冰，同時，所述高分子網絡骨架中的活性功能黏性基團能夠被暴露出來，所述高分子網絡骨架的材質包括聚乙烯醇、丙烯酰胺、海藻酸鈉、聚乙二醇、殼聚糖、明膠、瓊脂糖、纖維素、甲基丙烯酸羥乙酯、聚甲基丙烯酸中的任意一種或兩種以上的任意組合，所述高分子網絡骨架所含活性功能黏性基團包括羥基、羧基、羰基、氨基中的任意一種或兩種以上的任意組合。

2.根據權利要求1所述的仿生水凝膠，其特征在于：所述抗凍劑包括乙醇、乙二醇、丙三醇、叔丁醇、抗凍蛋白中的任意一種或兩種以上的任意組合。

3.根據權利要求1所述的仿生水凝膠，其特征在于：所述抗凍劑的冰點為0 ~ -70℃。

4.根據權利要求3所述的仿生水凝膠，其特征在于：所述抗凍劑的冰點為-20 ~ -70℃。

5.根據權利要求1所述的仿生水凝膠，其特征在于：所述抗凍劑能夠與水分子通過氫鍵或范德華力結合。

6.根據權利要求1所述的仿生水凝膠，其特征在于：所述氣凝膠基質包括有機氣凝膠、無機氣凝膠、有機-無機雜化氣凝膠、氧化物氣凝膠中的任意一種或兩種以上的任意組合，所述氣凝膠基質的比表面積大于300 m²/g，孔隙率大于85%，堆積密度小于0.25 g/cm³。

7.根據權利要求6所述的仿生水凝膠，其特征在于：所述氧化物氣凝膠包括疏水氧化硅氣凝膠、親水氧化硅氣凝膠、氧化鋁氣凝膠、氧化鋅氣凝膠、氧化鈦氣凝膠、氧化鋯氣凝膠中的任意一種或兩種以上的任意組合。

8.根據權利要求1所述的仿生水凝膠，其特征在于：所述氣凝膠基質中裝載的抗凍劑的含量為總孔容的1~100%。

9.根據權利要求8所述的仿生水凝膠，其特征在于：所述氣凝膠基質中裝載的抗凍劑的含量為總孔容的90~100%。

10.根據權利要求1所述的仿生水凝膠，其特征在于：所述仿生水凝膠的最大壓縮率為67%，壓縮模量在750 kPa 以上，黏性粘接強度在29kPa 以上，并且其在-69 ℃下仍保持柔性和黏性。

11.一種仿生水凝膠的制備方法，其特征在于包括：

將抗凍劑填充于氣凝膠所含孔洞內，制得負載有抗凍劑的氣凝膠；

將所述負載有抗凍劑的氣凝膠與高分子水凝膠前驅體溶液混合均勻，形成混合反應體系，所述高分子水凝膠前驅體包括聚乙烯醇、丙烯酰胺、海藻酸鈉、聚乙二醇、殼聚糖、明膠、瓊脂糖、纖維素、甲基丙烯酸羥乙酯、聚甲基丙烯酸中的任意一種或兩種以上的任意組合，所述高分子水凝膠前驅體所含活性功能黏性基團包括羥基、羧基、羰基、氨基中的任意一種或兩種以上的任意組合；

以及，向所述混合反應體系中加入催化劑和交聯劑，并進行高溫化學交聯凝膠反應，獲得仿生水凝膠。

12.根據權利要求11所述的制備方法，其特征在于具體包括：將氣凝膠分散于抗凍劑中，制得負載有抗凍劑的氣凝膠，所述分散的方式包括超聲分散、磁力攪拌、機械攪拌中的任意一種或兩種以上的任意組合。

13.根據權利要求11所述的制備方法，其特征在于：所述負載有抗凍劑的氣凝膠中抗凍劑的含量為總孔容的1~100%。

14.根據權利要求13所述的制備方法，其特征在于：所述負載有抗凍劑的氣凝膠中抗凍劑的含量為總孔容的90~100%。