[发明专利]一种互穿网络结构的智能响应型水凝胶制备方法

说明书

本发明公开了一种互穿网络结构的智能响应型水凝胶的制备方法，属于功能材料和高分子材料技术领域。本发明以聚丙烯酰胺和苯硼酸修饰的海藻酸钠为水凝胶的高分子组成成分，先以氨基‑羧基缩合反应合成出苯硼酸修饰的海藻酸钠，再将丙烯酰胺预聚液与苯硼酸修饰的海藻酸钠溶解于去离子水中，通过自由基聚合反应在加热条件下聚合，得到原始互穿网络结构的智能响应型水凝胶。此外，本发明还基于海藻酸基团与多价阳离子的配位络合作用、苯硼酸基团在碱性条件下与二醇结构的可逆结合作用以及两者的结合分别制得多价阳离子、碱性和多价阳离子‑碱性双重处理的智能响应型水凝胶。本发明实现了水凝胶的高拉伸性能及多功能性兼容，利于扩展水凝胶的应用范围。

技术领域

本发明属于功能材料以及高分子材料技术领域，具体涉及一种互穿网络结构的智能响应型水凝胶制备方法。

背景技术

水凝胶是目前常用的功能材料之一。其中，互穿网络结构水凝胶，是由性质差异较大的、互穿或半互穿的两个聚合物网络组成，该类水凝胶可通过“牺牲键”的断裂或破坏吸收能量，是一种高机械强度的水凝胶材料的开发思路。然而除需满足机械性能外，水凝胶功能的多样性也是影响水凝胶应用的关键因素，要求水凝胶可适应不同的应用环境，具体体现为使水凝胶在特定的环境刺激下，以可控的方式产生体积或其他性质的变化，赋予水凝胶额外的响应后特性。但现有的互穿网络结构水凝胶不具备该刺激响应性功能。

智能水凝胶能够自主调控微观结构，导致体积变化或其他固有性质的改变，实现水凝胶功能的拓展，已经被广泛应用于组织工程、药物释放、智能涂层、软体机器人、制动器以及传感器等多种领域。文献报道的由聚丙烯酸、琼脂糖和苯硼酸组成的智能水凝胶(LeX,Lu W,Xiao H,et al.Fe3+-,pH-,Thermoresponsive Supramolecular Hydrogel withMultishape Memory Effect[J].ACS applied materialsinterfaces,2017,9(10):9038-9044.)，虽能够对Fe³⁺、pH、温度三种刺激产生响应，但是这三种响应均导致形状记忆性，因而其功能相对单一，同时该水凝胶组成成分复杂，制备工艺流程繁琐，不利于产品的大批量生产。因此，目前存在的智能水凝胶都无法同时满足实际应用中对材料机械性能和功能多样性的要求。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有技术的不足之处，提供一种互穿网络结构的智能响应型水凝胶制备方法及其应用。本发明制备的智能响应型水凝胶可满足实际应用中对材料机械性能和功能多样性的双重需求，并通过功能成分的多刺激响应性拓展该水凝胶的功能。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提出的一种互穿网络结构的智能响应型水凝胶制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)将一定量的海藻酸钠固体完全溶解于去离子水中，依次加入1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐EDC·HCl和3-氨基苯硼酸混合，其中，EDC·HCl与海藻酸钠的摩尔比为0.5～3，3-氨基苯硼酸与海藻酸钠的摩尔比为0.5～3；将该混合物在室温下磁力搅拌反应12～24h后得到的混合溶液转移到透析袋中透析2～7天，每天更换去离子水；将透析后的溶液经过冷冻干燥处理后，得到苯硼酸修饰的海藻酸钠固体；

(2)将丙烯酰胺单体和苯硼酸修饰的海藻酸钠固体按质量比10:1～6:1的比例混合，溶解于去离子水中，其中丙烯酰胺单体和苯硼酸修饰的海藻酸钠固体的总质量与去离子水体积的比例为5～20wt％；溶解完成后，分别加入丙烯酰胺聚合所需的交联剂N,N'-亚甲基双丙烯酰胺、引发剂过硫酸铵和加速剂N,N,N’,N’-四甲基乙二胺，交联剂、引发剂和加速剂的加入量相对于丙烯酰胺单体的摩尔比分别为0.01～1％、0.01～1％和0.01～1％；将混合溶液搅拌均匀后转移到固定形状的密闭玻璃模具中，放入40～70℃烘箱中加热3～24h使丙烯酰胺单体聚合形成聚丙烯酰胺；去除玻璃模具后，得到原始互穿网络结构的智能响应型水凝胶。