[发明专利]一种基于嵌段共聚物的高强度响应型水凝胶及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于嵌段共聚物的高强度响应型水凝胶及其制备方法，属于材料制备技术领域。利用反应型两亲性三嵌段共聚物在水中的自组装成胶束的行为，使其代替传统化学交联剂N,N‑亚甲基二丙烯酰胺作为体系内部大分子交联点，与单体进行自由基聚合，得到交联密度均匀的高强韧的水凝胶。所用反应型两亲性三嵌段共聚物本身不带电，尺寸和稳定性几乎不受溶液中离子强度或电荷的影响，因此适用于大多数自由基聚合单体，利于合成智能和功能型水凝胶。本发明的制备方法操作简单，易于制备，原材料安全稳定、易于存储，制备过程绿色安全，耗时短，副产物少，为制备多功能化高强度水凝胶提供了途径。制备出的凝胶具有优异的pH响应性能和优异的机械性能。

技术领域

本发明属于材料制备和环境治理技术领域，具体涉及一种基于嵌段共聚物的高强度响应型水凝胶及其制备方法。

背景技术

响应型水凝胶因其能够对外界的刺激进行感知和应答，可以广泛的应用在药物释放，组织工程，生物传感器以及水下机器人等领域。但是，传统的响应型水凝胶含水量高，以及普遍使用化学交联剂会导致凝胶网络的不均一性，使得凝胶受力时很容易应力集中，因此传统水凝胶的韧性都比较低(＜10Jm^-2)。如何从分子及网络结构设计的角度出发，将高性能水凝胶的增强增韧机制与响应机制相结合，制备出能对外界刺激做出响应的高强度水凝胶，是本领域非常关注的科学问题。

目前，高强度的水凝胶有代表性的主要有：双网络水凝胶、纳米复合凝胶、大分子微球水凝胶等。通过将这些增强的机理与离子基团结合起来，人们制备了一系列具有高强度和韧性的响应型水凝胶。然而这些水凝胶也存在其不足之处。对于双网络水凝胶来说，凝胶的高强度是靠牺牲第一网络来实现的，第一网络的破坏是不可逆的，因此响应型的双网络凝胶的可重复使用性能差。纳米复合凝胶，虽然具有良好的能量耗散机制，重复使用性能好，但是粘土本身带电荷，体系中离子型单体的含量必须控制在很小的范围内，否则容易造成粘土的团聚。这些问题在某种程度上限制了高强度响应型水凝胶的进展。因此需要寻找一种温和的，并且对离子单体含量没有严格限制的，具有普适性的方法来合成高强度响应型凝胶。

非离子型两亲性三嵌段共聚物在水中可以自组装成胶束，胶束在水中均匀分散，且胶束之间的距离是一定的，所以相比于传统的化学交联凝胶，以胶束作为大分子交联点的凝胶的交联密度是均匀的。由于胶束之间的距离较大，连接胶束之间的聚合物链比较长，当分子链的长度达到胶束距离的一半时，分子链就可以发生物理缠绕，因此凝胶具有良好的拉伸性能。受到外力时，相互连接的聚合物链可以相互协调，共同承担受到的力，避免了应力集中。除此之外，基于非离子型两亲性三嵌段共聚物的组装成的胶束交联点，离子型单体的存在不会影响胶束的稳定性，胶束交联点对于功能性单体具有普适性。因此发展基于两亲性三嵌段共聚物的水凝胶对于实现其在多个领域的应用具有重要意义，但是具体的研究还未见公开报道。

发明内容

为了解决上述问题，本发明公开了一种基于嵌段共聚物的高强度响应型水凝胶及其制备方法，操作简单，易于制备，制备过程绿色安全，耗时短，为制备多功能化高强度水凝胶提供了途径。

本发明是通过以下技术方案来实现：

本发明公开的一种基于嵌段共聚物的高强度响应型水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：在氮气条件下，向两亲性三嵌段共聚物的二氯甲烷溶液中加入三乙胺，搅拌均匀，逐滴滴入丙烯酰氯，滴毕后在室温下搅拌10～48h，过滤；将滤液倒入石油醚中，过滤，将过滤得到的固体真空干燥，得到双端基丙烯酰化的两亲性三嵌段共聚物；

步骤2：将步骤1得到的双端基丙烯酰化的两亲性三嵌段共聚物配置成浓度为5.0×10^-4～1.8×10^-1mol/L的水溶液，加入引发剂、功能性单体、共聚单体丙烯酰胺，通入氮气后，恒温加热，制得基于嵌段共聚物的高强度响应型水凝胶。