[发明专利]大分子链模板法制备聚丙烯酸类复合高分子水凝胶的方法

说明书

本发明公开了一种大分子链模板法制备聚丙烯酸类复合高分子水凝胶的方法，以具有配位功能的大分子链为模板，在金属离子的配位作用下引导丙烯酸单体配位、聚合，制备出具有高机械强度和自修复性能的高分子水凝胶。以质量分数计，该自修复水凝胶原料组分组成包括大分子模板2.5~10份，单体5~25份，水30~60份，金属离子0.1~2.5份，引发剂0.1~2.5份。其特征是大分子模板的存在有效引导规整聚合物的制备，同时增加了水凝胶的机械强度和自修复能力。本发明所制备的复合水凝胶具有良好的力学性能及常温下优异的自修复性能。

技术领域

本发明属于自修复高分子水凝胶领域，涉及一种具有高自修复性能及优异力学性能的聚丙烯酸类复合水凝胶及其制备方法。

背景技术

高分子网络结构的设计已成为高分子领域研究的热点。制备方法主要是通过共价键、非共价键（氢键、离子键等）作用。由于强的共价键作用，高分子网络结构在受损后失去再结合的能力，从而限制了高分子材料的广泛应用。然而，较弱的氢键或离子键具有断裂后可重新结合的能力，大大提高了高分子网络结构的应用范围。自然界中一些生物体的特异结构和性能给人类在不断制造和创新新型高分子材料的过程中提供了灵感和启发。尤其是特异的结构、自身的损伤修复和对外界的刺激响应的功能性高分子材料。特别是强韧性自修复生物组织的应用，为生物组织工程提供了较理想的基材。同时，强韧性自修复材料在涂层材料上也有广泛的应用前景，比如可穿带电子器件、汽车涂层等。

自修复高分子凝胶近年也有大量报道，但由于其极小的内部能量耗散，大大降低了凝胶的力学强度。而且，由于结合重组机制的缺乏，一旦凝胶结构受损破裂后无法自我修复到原始状态。由于凝胶较弱的机械强度和愈合能力，很难应用于实际的软组织材料，如人工软骨等。设计制备高性能高分子凝胶（合适的模量、高强度和韧性、高自修复能力）的策略之一是引入可逆的较弱的键合方式到较强的键合方式中，强的键合方式（共价键或非共价键）形成第一个网络结构，保持材料的完整结构。另一方面，弱的键合方式赋予材料较高的韧性和自修复能力。最近研究表明，自修复凝胶中，多重的键合方式也能大大提高凝胶的力学强度和修复能力。这些键合方式包括氢键、离子键、亲疏水性等。引入两种或多种键合方式到高分子链中，是制备高性能凝胶的研究方向之一。

近年来研究表明，有机金属配位在功能高分子材料的设计和开发中发挥着重要的作用，特别是在特异高分子网络结构材料和高强度高分子自修复材料领域中。将金属离子配位引入到自修复凝胶中也可提高自修复凝胶的机械强度和自修复能力。这是由于增加了可逆的修复位点，另一方面也增强了凝胶的交联密度。因此，采用金属离子配位制备高性能仿生高分子材料不仅能提高材料的物理化学性能和宽广其应用范围，同时也为材料的设计如创新提供了新的方法和策略。

发明内容

技术问题：本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种制备简单且具有优异力学性能，重复性高，提高了受损后自修复能力的大分子链模板法制备聚丙烯酸类复合高分子水凝胶的方法。

技术方案：本发明利用聚乙二醇大分子链模板和金属离子配位，使丙烯酸单体固定在聚乙二醇大分子链模板上，然后通过引发剂引发聚合制备具有优异力学性能和自修复性能的复合高分子水凝胶。

本发明的大分子链模板法制备聚丙烯酸类复合高分子水凝胶的方法，包括如下步骤：

1）含有配位功能的聚乙二醇大分子链模板的制备：将氨基封端的聚乙二醇分子溶解于有机溶剂中；然后加入三乙胺分子，用量为所述聚乙二醇质量的0.01~0.1倍；通入氮气，冰浴下搅拌1~4小时；随后逐滴加入溶解于有机溶剂的2，6-乙酰吡啶，用量为所述聚乙二醇质量的0.01~0.1倍，反应10~64小时后加入一定量的甲醇终止反应，制得聚乙二醇大分子链，真空干燥6~24 h，密封冷藏待用；