[发明专利]一种高拉伸快速自修复物理水凝胶的制备方法

说明书

技术领域：

本发明属于功能高分子材料技术领域，涉及一种高拉伸快速自修复物理水凝胶的制备方法。

背景技术：

水凝胶是一种具有特殊三维网络且其中填充大量水的“软湿”功能高分子材料。由于水凝胶这种特殊的“软湿”特性，物质能在其空间网络中自由迁移，使得其在生物医用、仿生材料、柔性电子等诸多研究领域展现出巨大的应用前景(Sensors and Actuators B:Chemical,2010,147(2),765；Advanced Materials,2016,28(22),4497.)。此外，水凝胶与生物体内的诸多软组织同样保持有许多的共同点，但是生物软组织表现出很好的柔软性、自修复以及优异的力学性能等优点，传统的水凝胶却普遍存在机械性能差的问题，很难自修复等缺陷，从而大大的限制了水凝胶材料在更广泛的领域取得实际应用。

赋予材料本征性自修复功能是材料学家的追求，自修复材料无疑可以大幅度提高材料使用寿命和使用的安全稳定性。最近几年，作为水凝胶的主要用途之一，其被大幅度的应用于柔性电子领域，基于高分子水凝胶，充分利用水凝胶材料的柔软性、可拉伸以及自修复等优点，以此为基底，构筑了新型的诸如柔性超级电容器以及柔性电子皮肤，成为柔性电子领域的一个热点研究领域。例如，Zhigang Suo等利用水凝胶包覆大量电解质，制备了一种高拉伸水凝胶基传感器(Advanced Materials,2014,26(45),7608.)。Chunyi Zhi等利用一种可以自修复高拉伸的水凝胶材料，构筑了一种可以拉伸且多次自修复的柔性超级电容器(Nature communications,2015,6，10310.)，在其随后的工作中，通过优化方案，在一种具有超高拉伸率的水凝胶基础之上，构筑了一种可以拉伸十倍的柔性超级电容器(Angewandte Chemie International Edition,2017,31,9269.)。这些材料，要实现高拉伸以及自修复，都需要一些特殊的设计，如何用简单的一步法制备高拉伸自修复的水凝胶材料，在许多研究领域特别是柔性电子领域具有重要的意义。

在过去的十几年中，科学家们开发了诸多类型水凝胶，高拉伸自修复水凝胶也是其中的一个研究的热点，在以往开发的这类材料中，大部分都是基于非共价键的交联形式来构筑的水凝胶网络，例如基于氢键的聚乙烯醇水凝胶具有自修复特性，基于纳米片状材料如黏土(Macromolecular Rapid Communications,2011,32(16),1253.)或者氧化石墨烯(Chemistry of Materials,2013,25(16),3357.)等构筑的水凝胶材料同样展现了好的拉伸和自修复特性。除此之外还有诸如利用静电相互作用(Nature Materials,2013,12(10),932.)或者配位键(Polymer Chemistry,2013,4(17),4601.)相互作用的水凝胶也都表现出很好的自修复性能。这些优异的研究成果是发展新的高拉伸自修复水凝胶的基础，但是这些材料的修复效率依然存在限制，需要长时间的修复时间，如何在保持水凝胶具有优异拉伸性能的前提下，大幅度提高水凝胶的自修复的效率，并且简化制备的过程具有重要的研究和应用价值。

发明内容：

本发明旨在提供一种基于非共价键作用制备一种高拉伸快速自修复物理水凝胶的制备方法，该方法制备的水凝胶克服传统水凝胶的强度问题以及难以实现自修复的问题，制备方法简单，无需特殊的机械设备并且原料简单、价廉易得。

本发明所提供的一种高拉伸快速自修复物理水凝胶的制备方法包括以下步骤：

将丙烯酸、六水合三氯化铁、水溶性引发剂、亲水性大分子配成预聚液，在所述预聚液放置在两块玻璃板组成的模具中，通过自由基聚合反应一步合成高拉伸快速自修复物理水凝胶；所述自由基聚合反应条件为紫外光聚合，光照功率为36W，反应时间为12小时。

所述水溶性引发剂为2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮，2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮的质量为丙烯酸质量的1wt％。

所述预聚液中丙烯酸的浓度为2.0～4.0mol/L。所述丙烯酸与亲水性大分子的质量比为20:1～5:1。所述玻璃器皿的厚度不大于3mm。

于所述六水合三氯化铁的摩尔比率为丙烯酸的0.05～0.2mol％。所述亲水性大分子为聚乙烯吡咯烷酮或壳聚糖。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明所述方法制备出的物理水凝胶具有高拉伸以及室温下快速自修复的特性。