[发明专利]一种具有高机械性能的绿色发光水凝胶材料及其制备与应用

说明书

本方案属于水凝胶材料技术领域，公开了一种具有高机械性能的绿色发光水凝胶材料及其制备与应用。该发光水凝胶材料为PVA/PC/Tb，由PC和Tb形成的稀土铽配合物均匀分布于由PVA和PC形成的三维网络中，稀土铽配合物中的Tb通过配位键与三维网络结合，所述PVA为聚乙烯醇，PC为2,3‑吡啶二甲酸壳聚糖，Tb为稀土铽离子。本方案以PVA和PC为基质并形成骨架网络，通过PC的羧基官能团与Tb配位，使得PC与Tb配位形成的稀土铽配合物能够均匀分布在基质的骨架网络中，与三维网络达到分子层面的均匀相连，避免了传统物理掺杂所制备材料的荧光猝灭现象；与此同时，该发光水凝胶材料属于环境友好型材料，具有良好的压缩应变性能、拉伸应变性能和热稳定性。

技术领域

本方案属于水凝胶材料技术领域，具体涉及一种具有高机械性能的绿色发光水凝胶材料及其制备与应用。

背景技术

稀土铽配合物由于具有优异的发光性能，受到科研人员的广泛关注。为了使发光稀土铽配合物能得到实际的应用，通常需要把稀土铽配合物引入到一些合适的基质中。传统方法制得的硅酸盐/稀土、金属有机框架/稀土等材料在制备过程复杂、水溶性差、稳定性弱、分解产物污染性大的缺陷。另外，传统方法制备的稀土复合材料中，材料的机械性能有待进一步提高。目前，对既具有优异的应力应变性能和拉伸性能，又具备优异的发光性能的水凝胶复合材料的报道目前还不多见。

发明内容

鉴于此，本方案旨在克服现有技术中的至少一种不足，提供一种新的具有高机械性能的绿色发光水凝胶材料。

为了解决上述技术问题，采取下述技术方案：

第一方面，一种具有高机械性能的绿色发光水凝胶材料，为PVA/PC/Tb，由PC和Tb形成的稀土铽配合物均匀分布于由PVA和PC形成的三维网络中，稀土铽配合物中的Tb通过配位键与三维网络结合，PVA为聚乙烯醇，PC为2,3-吡啶二甲酸壳聚糖，Tb为稀土铽离子。

本方案以PC和PVA为基质，其中PC通过天然生物大分子壳聚糖制备得到，PVA是可生物降解水溶性高分子材料，二者均容易降解，属于环境友好型材料。PVA通过氢键与PC结合，形成稳定的三维网络，即水凝胶网络骨架；随后三维网络中的PVA与PVA分子链之间化学交联，使三维网络变得致密；最后，Tb与三维网络中PC的羧基官能团以配位键结合，从而与水凝胶网络骨架稳定相连，使稀土铽配合物能够均匀分布在基质的骨架网络中，避免了传统物理掺杂所制备材料的荧光猝灭现象，形成发光优异的绿色荧光材料。

第二方面，一种上述具有高机械性能的绿色发光水凝胶材料的制备方法，包括如下步骤：

将PVA加入到PC溶液中，60℃下搅拌至充分溶解；

加入环氧氯丙烷溶液，充分搅拌均匀；

加入氢氧化钠溶液，充分搅拌均匀；

倒入模具中，然后在-25℃条件下冷冻；

在水中解冻，用大量去离子水洗涤；

浸泡到TbCl₃溶液中，然后用大量去离子水洗涤。

本方案采用冷冻融解这种简单易行的方法制备水凝胶材料，先将PVA加入到PC溶液中反应，使两者通过氢键结合形成稳定的三维网络，再以环氧氯丙烷为交联剂将三维网络中的PVA分子链间化学交联，使三维网络更为致密，得到具有网络骨架的水凝胶，接着通过浸泡Tb溶液使Tb与三维网络中PC的羧基官能团配位，从而将由PC、Tb形成的稀土铽配合物与由PC、PVA形成的三维网络稳定相连，使稀土铽配合物能够均匀分布在基质的骨架网络中，避免了传统物理掺杂所制备材料的荧光猝灭现象。该实验操作简单，材料的后处理方便易于实施；具有良好的可加工性，能根据不同的要求加工成不同的形态，使得水凝胶材料的形态可以根据需要进行方便的设计，该制备方法可以应用于其它稀土离子发光体系以及天然生物大分子体系。