[发明专利]一种基于纳米薄层二硫化钼片的高分子复合自愈合水凝胶及其制备方法

说明书

本发明属于高分子生物材料技术领域，提供了一种基于纳米二硫化钼片的高分子复合自愈合水凝胶及其制备方法。所述复合水凝胶通过在纳米薄层二硫化钼片水溶液中发生光引发点击反应而形成。所述点击反应为甲基丙烯酸酐化明胶中的不饱和双键与四臂巯基聚乙烯醇中的巯基在紫外光辐射下发生。所述自愈合性能是材料通过在近红外光照射下利用纳米薄层二硫化钼片的光热转化特性使得水凝胶升温而实现自愈合目的。本发明将纳米二维材料二硫化钼片运用到自愈合材料领域，并赋予材料光刺激条件下的快速愈合特性。

技术领域

本发明属于高分子生物材料技术领域，尤其涉及一种基于纳米薄层二硫化钼片的高分子复合自愈合水凝胶及其制备方法。

背景技术

自愈合材料是受到大自然的启发，模仿生物体损伤愈合，通过物质补给或能量补给机制，使材料的微损伤能够得以自动愈合的一种新兴仿生材料。

目前，复合水凝胶、纳米复合水凝胶在自愈合领域已经有了很大的进展，一般是由不混溶的有机(聚合物)和无机成分(粘土/颗粒)与复杂的(纳米级)结构体组成。McKee等(Adv.Funct.Mater.2014,24,2706)通过主客体相互作用制备了一种纳米复合水凝胶并具有优异的自愈合性能(自愈合时间小于10s)。Spoljaric等(Eur.Polym.J.2014,56,105)通过混合纳米原纤化纤维素(NFC)、聚乙烯醇(PVA)、硼砂合成了纳米复合水凝胶，具有优异的自愈合性能，其自愈合性能是由氢键的重组引发的，且氢键的存在也将大幅提升水凝胶的机械性能。此外，Duan等(J.Nanomater.2015,10,1155)将一种由纤维素纳米晶须、丙烯酰胺、甲基丙烯酸十八酯等组成的水凝胶能够通过疏水性胶束的解离和重组实现凝胶的自愈合性能。但是，这些自愈合水凝胶具有一定的生物毒性，且机械性能无法满足实际使用需求。

近年来，二维纳米材料在自愈合材料制备领域逐渐崭露头角，特别是石墨烯作为重要组分构建纳米复合自愈合材料引起了人们的广泛关注，Cui等(J.Mater.Chem.A.2015,3,17445)将氧化石墨烯片层通过与聚丙烯酰胺物理交联的方法制备了一种混合水凝胶，其所承受的最大拉伸力可以达到243kPa，拉伸倍数可达到199倍，并且能够在没有任何外界条件激发的情况下完成自愈合。其自愈合效果是通过高分子链在破碎的界面相互扩散和高分子链穿过破碎界面进行相互缠绕，随后在丙烯酰胺链与链之间、丙烯酰胺与氧化石墨烯之间重新形成氢键而完成的。Zhong等(J.Mater.Chem.B.2015,3,4001)将氧化石墨烯纳米片层与聚丙烯酰胺形成的复合水凝胶与Fe³⁺交联，使材料具有了自愈合特性。但是，目前石墨烯还没有办法实现大规模生产，因此基于石墨烯的自愈合水凝胶的成本较高，不适合大规模生产和推广。

纳米薄层二硫化钼片作为类石墨烯的一种二维材料，在太阳光谱区域有很强的吸收能力，在光催化和光伏领域具有良好的应用前景。在众多层状材料中，MoS₂(二硫化钼)是很特殊的，它在热、力、光、电方面都有独特的优异性能。MoS₂有良好的光吸收和荧光性质，并且它的光致发光会随着其层数的减少而变强，当MoS₂纳米片为单层时发光最强(NanoLett.2010,10,1271)。为了解决现有技术存在的生物不相容、机械强度低、成本高等技术问题，本发明基于纳米薄层二硫化钼片优异的光热转化效应、良好的导电性及较大的比表面积等特点，构建自愈合性能优良的纳米二硫化钼片-高分子复合水凝胶，实现其在自愈合材料制备领域的推广应用。

发明内容

鉴于现有技术中存在上述技术问题，本发明提供一种基于纳米薄层二硫化钼片的高分子复合自愈合水凝胶及其制备方法，首次将二维材料纳米材料薄层二硫化钼片应用到自愈合材料领域，利用纳米薄层二硫化钼片的光热转化特性使材料经近红外光照射使得水凝胶升温、导致其内部温敏性的甲基丙烯酸苷化明胶分子链产生流动性，从而实现自愈合的目的。由于本发明所用材料都具有很好的生物相容性与低毒性，本材料有望具有良好的生物应用前景。本发明的技术方案如下所述：