[发明专利]金属离子配位天然高分子/聚丙烯酸自修复凝胶制备方法

说明书

本发明公开了一种金属离子配位天然高分子/聚丙烯酸自修复凝胶制备方法，利用天然高分子壳聚糖和聚丙烯酸反应，再加入金属离子参与配位制备力学性能良好并具有自修复功能的水凝胶。羟乙基纤维素、聚丙烯酸、金属离子直接发生配位反应，制备出绿色环保、力学性能良好的自修复水凝胶。按质量分数计算，该水凝胶原料的组成包括天然高分子0.02‑0.05份，水65‑70份，冰醋酸0.01‑0.02份，丙烯酸25‑30份，金属离子0.02‑0.1份，引发剂0.02‑0.1份。本发明利用简便环保的方法制备出一种多种物理作用结合的双网络水凝胶，这些动态可逆的物理作用赋予了水凝胶一定的机械强度和良好的自修复能力。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

本发明涉及自修复高分子水凝胶领域，具体涉及一种金属离子配位的天然高分子/聚丙烯酸自修复水凝胶及其制备方法。

背景技术

天然高分子壳聚糖，羟乙基纤维素由于来源广泛，价格低廉，且具有较好的生物降解性、生物相容性、抗菌性，近年来引起了极大的关注且被应用于生物医学、药学、农业、食品等领域，尤其是在医药方面，壳聚糖被制成组织工程材料。壳聚糖分子中含有大量的氨基，其能够在酸中形成质子化，因此可以和含负价官能团的大分子反应。聚丙烯酸无毒，分子中拥有大量的羧基，便能够和壳聚糖在水溶液中发生反应。而羟乙基纤维素和聚丙烯酸在金属离子的存在下三者能够发生配位反应，使制成的凝胶具有良好的力学性能和自修复能力。此类天然高分子/聚丙烯酸水凝胶毒性很低，具有光明的应用前景。

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：本发明提供一种无毒无污染、绿色环保、力学性能良好、重复性高，提高了受损后自修复能力的金属离子配位天然高分子/聚丙烯酸自修复凝胶制备方法。

技术方案：本发明的金属离子配位天然高分子/聚丙烯酸自修复凝胶制备方法，包括如下步骤：

1)以质量分数计，将3～10份天然高分子溶于100份蒸馏水中，加入1～2份冰醋酸促进其溶解，制成天然高分子溶液；

2)取5～10份所述步骤1)制备的天然高分子溶液，向其加入1～3份丙烯酸一齐搅拌15～20min；

3)往所述步骤2)处理后的溶液中再加入0.1～0.3份的金属离子，一齐搅拌5～10min；

4)往所述步骤3)处理后的溶液中再滴加0.1～0.3份的引发剂，一齐搅拌5～10min；

5)将所述步骤4)处理后的溶液倒入安瓿瓶中，超声0.5～1h，再将整个瓶子放入烘箱中，设定温度为40～60摄氏度，反应3～5h。

进一步的，本发明方法中，天然高分子为壳聚糖或羟乙基纤维素。

进一步的，本发明方法中，步骤2)中的金属离子以金属氯化物的形式存在，为铁离子、镍离子、钴离子、锌离子或镁离子。

进一步的，本发明方法中，步骤4)中的引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵或偶氮二异丁腈。

进一步的，本发明方法中，步骤5)中的设定温度为55～60摄氏度。

本发明利用天然高分子壳聚糖和聚丙烯酸反应，再加入金属离子参与配位制备力学性能良好并具有自修复功能的水凝胶。羟乙基纤维素、聚丙烯酸、金属离子直接发生配位反应。

具体步骤如下：