[發明專利]一種高分子水凝膠綠色再加工的方法

有效

• 申請號: 202011383362.5
• 申請日: 2020-12-01
• 公開（公告）號: CN112694631B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 王旭;鐘淵博
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: C08J7/00
• 分類號: C08J7/00;C08J3/075;C08L29/04;C08L5/08
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 劉文容

本發明涉及一種高分子水凝膠綠色再加工的方法。本發明基于化學燃料驅動高分子材料凝膠到溶膠再到凝膠的轉變，從而實現凝膠的再加工，并且在再加工的過程中加入功能性材料，可以賦予凝膠更多功能性的作用。本發明中溶膠和凝膠這兩種狀態之間的切換使聚合物水凝膠能夠重新功能化，從而生成多功能聚合物材料，這些材料可用于柔性電子、耐低溫應變傳感器、磁性執行器和軟機器人領域。本發明的再加工方法是以綠色方式重復改造共價適應性和超分子聚合物網絡。

技術領域

本發明屬于高分子技術領域，具體涉及一種高分子水凝膠綠色再加工的方法。

背景技術

合成材料的重新設計和再加工對于從廢物中生產功能性材料至關重要，這代表了材料生產的可持續方式。通過共價鍵交聯增強聚合物網絡可以改善材料的機械性能和耐溶劑性，但同時卻大大降低了材料的可回收性。共價鍵可調節的聚合物網絡提供了一種出色的策略來平衡交聯強度和高分子材料的可再加工性。然而，目前用于改造共價鍵適應性聚合物網絡的方法通常需要機械研磨、加熱、高壓、酸和堿處理或者使用有毒的有機溶劑。這種復雜的方法耗能較高而且對環境不利。因此，開發一種方便有效而且綠色的方式重新構建共價適應性聚合物網絡并不是簡單的。

在自然界中，存在一種特殊的生物，可以輕松實現其身體的“再造”。變形蟲，例如變形蟲變形桿菌，形成瞬時偽足，用于運動和食物捕獲。偽足的形成基本上是由變形蟲細胞質中燃料驅動的細胞漿溶膠-凝膠介導的。在非平衡人工系統中化學燃料溶膠-凝膠躍遷已經進行了十年的學術研究，主要用于構筑具有可調壽命和強度的瞬態超分子水凝膠。通過逆向思維，Panja和Adams在2019年創造性地提出了通過動態自組裝實現凝膠到凝膠轉變的概念(S.Panja,D.J.Adams,Chem.Commun.2019,55,10154-10157.)，使化學助燃的超分子水凝膠更接近實際應用。與化學燃料的超分子系統相比，化學燃料解離動態共價鍵系統的研究起步較晚，第一個例子由Heinen和Walther在2019年提出(L.Heinen,A.Walther,Sci.Adv.2019,5,eaaw0590)。在他們的工作中，在具有動態共價鍵的燃料驅動非平衡系統中實現了自適應和可編程的結構動力學，與超分子系統相比，該系統顯示出優異的正交可控性。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供了一種高分子水凝膠綠色再加工的方法，對于共價適應性聚合物網絡，動態共價鍵可以通過消耗化學燃料而被暫時破壞、削弱或激活，存在一個短暫的可工程化狀態，從而可以輕松地以綠色方式對其進行再加工。該方法利用化學燃料驅動的瞬態活化和動態共價鍵或配位鍵的交換，調和了聚合物水凝膠的動力學穩定性和內在愈合能力之間的深層次矛盾，證明了由動力學控制的反應循環介導的材料的瞬態自我修復能力的重要性和意義。

術語說明：

PVA：聚乙烯醇，

AM：丙烯酰胺，

NPCS：N-棕櫚酰殼聚糖，

HHM：2-羥基-4'-(2-羥基乙氧基)-2-甲基苯乙酮，

MBA：N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺。

本發明的技術方案如下：

一種高分子水凝膠綠色再加工的方法，包括步驟：

(1)水凝膠的制備：將生物催化物質加入到水凝膠原料中，制備含生物催化物質的水凝膠，所述水凝膠以動態共價鍵或超分子相互作用聚合而成；

(2)將化學燃料加入到步驟(1)含生物催化物質的水凝膠中，基于生物代謝分解化學燃料，驅動含有動態共價鍵或超分子相互作用的高分子水凝膠向溶膠轉變，在凝膠變成溶膠后加入功能性材料，再向凝膠轉變，從而實現水凝膠的再加工，實現高分子水凝膠的功能化。

根據本發明優選的，步驟(1)中所述生物催化物質為微生物或生物酶。