[發明專利]一種金屬離子原位配位增強聚電解質水凝膠的方法

有效

• 申請號: 202110813075.1
• 申請日: 2021-07-19
• 公開（公告）號: CN113480755B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 吳子良;虞海超;張川威;鄭強
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C08J3/24
• 分類號: C08J3/24;C08J3/075;C08F120/06;C08F220/56;C08F220/06;C08F2/48;C08L33/02;C08L33/26
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 白靜蘭;胡紅娟

本發明公開了一種金屬離子原位配位增強聚電解質水凝膠的方法，所述方法包括：(1)將ZrOCl₂、帶有含氧酸基團的單體、引發劑、交聯劑以及去離子水在室溫下混合后，通入惰性氣體，靜置后得到前驅體溶液；(2)將步驟(1)的前驅體溶液裝入反應模具后，引發自由基聚合反應，得到預制態的聚電解質水凝膠；(3)將步驟(2)的預制態的聚電解質水凝膠浸泡在去離子水中，得到平衡態的金屬離子原位配位增強的聚電解質水凝膠。該方法制備的水凝膠，在預制態和平衡態均呈無色透明狀，都具有較好的力學性能。

技術領域

本發明涉及水凝膠材料領域，具體涉及一種金屬離子原位增強聚電解質水凝膠的方法。

背景技術

水凝膠薄膜在分離過濾、創傷敷料以及柔性電子等領域有著重要而又廣泛的應用。水凝膠薄膜在不同場景下的應用，對水凝膠薄膜提出了不同的性能需求。目前制約水凝膠薄膜進一步應用的主要原因有以下幾方面：1、水凝膠薄膜的力學性能較弱；2、水凝膠薄膜的制備過程復雜費時；3、水凝膠薄膜平面結構化控制較為困難。

近年來，隨著對水凝膠網絡結構的設計和有效能量耗散機制的引入，高強度水凝膠得到了快速發展，其中，也涌現出多種高強度水凝膠薄膜。Ye等利用旋涂法制備第一物理網絡，而后通過自由基聚合形成第二網絡，從而構筑起雙網絡結構，制得了厚度為5-100μm的高強度水凝膠薄膜。該水凝膠薄膜的拉伸斷裂應力σ_b為0.2-7MPa、斷裂應變ε_b為200％-1000％、楊氏模量E為0.1-100MPa(Ye,Y.N.；Frauenlob,M.；Wang,L.；Tsuda,S.；Gong,J.P.Adv.Funct.Mater.,2018,28,1801489)。Zheng等利用溶液旋涂法制得了厚度可控、含水量適中，且具有出色力學性能的Fe³⁺配位物理水凝膠(Zheng,S.Y.；Tian,Y.；Zhang,X.N.；Du,M.；Song,Y.；Wu,Z.L.；Zheng,Q.Soft Matter,2018,14,5888-5897)。但是，在該制備方法中水凝膠的增強主要依靠Fe³⁺通過擴散進入凝膠基體所形成的配位鍵。Fe³⁺的擴散容易引入厚度方向上的不可控梯度結構。

目前，絕大部分水凝膠薄膜是通過溶劑揮發法、溶液旋涂法制備的，這些方法只能制備片狀、塊狀水凝膠，很難對水凝膠的平面結構進行調控。

金屬配位水凝膠薄膜是一種通過金屬配位鍵這一非共價作用交聯聚合物而成的水凝膠薄膜。非共價作用包括氫鍵、離子鍵、配位鍵、疏水締合以及主客體相互作用等。用非共價作用交聯水凝膠，能夠賦予水凝膠形成可回復的動態網絡結構，以適應動態環境下的應用。

目前，主流的金屬配位水凝膠薄膜主要是基于羧酸-Fe³⁺配位的水凝膠體系，然而該體系存在以下問題：1、Fe³⁺的擴散會導致不可控的厚度梯度結構；2、Fe³⁺的引入會使水凝膠帶有黃色，且顏色隨著Fe³⁺含量的增加而加深，影響水凝膠在光學顯像領域的應用。

發明內容

本發明的目的在于提供了一種金屬離子原位配位增強聚電解質水凝膠的方法，水凝膠的制備過程操作簡單易行，制備得到的金屬離子配位增強的聚電解質水凝膠保持無色透明，且具有較好的力學性能。

一種金屬離子原位配位增強聚電解質水凝膠的方法，包括：

(1)將ZrOCl₂、帶有含氧酸基團的單體、引發劑、交聯劑以及去離子水在室溫下混合后，通入惰性氣體，靜置后得到前驅體溶液；

(2)將步驟(1)的前驅體溶液裝入反應模具后，引發自由基聚合反應，得到預制態的聚電解質水凝膠；

(3)將步驟(2)的預制態的聚電解質水凝膠浸泡在去離子水中，得到平衡態的金屬離子原位配位增強的聚電解質水凝膠。