[发明专利]一种高强度水凝胶的制备方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种水凝胶，具体的说是一种高强度水凝胶的制备方法。

背景技术

水凝胶是化学交联或物理交联形成的具有三维网络结构的高分子材料，高分子网络中含有大量的水并且触感柔软、能保持一定形状，这一特性与生物体软组织有很多相似性。水凝胶通常兼具固体和液体两方面的性质，具有应答外部环境而改变自身形状或状态的特性，从而可吸附、脱吸附、输送、透过物质，即具有载持、分离、缓释物质的功能。水凝胶的这些独特结构与功能，使得在生命科学、食品科学、选择性吸附、药物控释、生物传感器以及组织工程等方面具有广阔的发展和应用前景。

然而，普通化学交联的水凝胶软而弱，强度低、形变小限制了其应用的范围。具有强韧性质的高强度水凝胶开发已经成为近来国内外的研究热点。一些研究者针对提高水凝胶的力学性能进行了大量的研究工作，出现了几类具有新颖结构和优良力学性能的高强度凝胶，这些凝胶包括双网络水凝胶，如《软物质》(Soft Matter，2010，6，2583-2590) 上发表的综述文章“为什么双网络水凝胶如此强韧？”(J.P.Gong，Why are double network hydrogels so tough ？)；纳米复合凝胶，如《应用化学》(Angew. Chem. Int. Ed.2005，44，6500-6504) 上发表的文章“超高力学性能的聚（N-异丙基丙烯酰胺）纳米复合水凝胶”(K.Haraguchi，H.J.Li Control of the Coil-to-Globule Transition and Ultrahigh Mechanical Properties of PNIPA in Nanocomposite Hydrogels)；疏水缔合凝胶，如《软物质》(Soft Matter，2012，8，5078-5086) 上发表的文章“基于丙烯酰胺和阴离子表明活性单体的高机械强度疏水缔合凝胶”(W.B. Li，H.Y. An, Y. Tan, C.G. Lu, C. Liu, P.C. Li, K. Xu, P.X. Wang, Hydrophobically Associated Hydrogels Based on Acrylamide and Anionic Surface Active Monomer with High Mechanical Strength)；大分子微球为交联剂的复合凝胶，如《先进材料》(Adv.Mater.2007，19，1622-1626) 上发表的文章“一种具有高机械强度的新颖的水凝胶：大分子微球复合材料水凝胶”(T.Huang，H.Xu，K.Jiao，L.Zhu，H.R.Brown，H.Wang，A Novel Hydrogel with High Mechanical Strength：A Macromolecular Microsphere Composite Hydrogel)；tetra-PEG水凝胶，如《大分子(Macromolecules2008，41，5379-5384) 上发表的文章“一种理想均匀结构的高强度水凝胶的设计和制备”(T.Sakai，U.-i.Chung，et al.Design and Fabrication of a High-Strength Hydrogel with Ideally Homogeneous Network Structure from Tetrahedron-like Macromonomers)等。

尽管高强度水凝胶的设计和制备已经取得了一些重要的成果，但目前报道高强度水凝胶的制备工艺普遍复杂耗时或者需要繁琐步骤合成功能单体，这都限制了高强度水凝胶的在各个领域中的应用。因此，用一种简单、快捷、灵活的方法制备强韧的高强度水凝胶仍然是一个巨大的挑战和紧迫任务。

发明内容

本发明目的是为解决上述技术问题的不足，提供一种“一锅煮”法制备高强度水凝胶的方法，制备工艺简单，仅需要1-2h；所制备的双网络水凝胶或互穿网络水凝胶，具有优异的机械性能和韧性。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种高强度水凝胶，为双网络水凝胶或互穿网络水凝胶；其拉伸强度为1.0 MPa、拉伸模量为100-200 KPa、拉伸应变达到1000-2500%，压缩强度为30-40 MPa、压缩模量为100-200 KPa、压缩应变大于95%，韧性达到10² -10⁴ J/m²。