[发明专利]一种剪切增稠水凝胶及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种剪切增稠水凝胶及其制备方法和应用，所述剪切增稠水凝胶由轮烷与金属离子在水溶液中配位交联得到，所述轮烷由带有四个羧基的主体分子穿线到PEG链上得到，所述轮烷的结构如式I所示。本发明通过带有四个羧基的主体分子穿线到PEG链上得到的轮烷上的多级和金属离子形成可逆的配位作用，形成交联点，从而形成水凝胶，由于具有可逆的配位键，对剪切力具有响应，具有剪切增稠性，在剪切增稠材料等领域具有很好的应用前景。

技术领域

本发明属于水凝胶技术领域，涉及一种剪切增稠水凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

在常态下，剪切增稠材料十分柔软，当受冲击作用时，材料变得坚硬从而消化外力。当外力消失后，材料会回复到它最初的柔性状态，它有着极强的吸收冲击的能力。剪切增稠效应对剪切应变率敏感，因此在工作时不需要像磁流变和电流变材料那样外加磁场或电场。采用这种材料研制的器件属于无源器件。由于其特殊性能，使其在防护领域及抗冲减振领域等具有广阔的应用前景，例如用于防弹材料或其它防护设备的制备中。

CN102191680A公开了一种基于SiO₂微纳米球的剪切增稠流体的制备方法，及采用该制备方法制备的剪切增稠流体在软体防护复合材料中的应用。目前，剪切增稠材料主要研究是基于SiO₂纳米粒子和PEG的剪切增稠流体。

CN105112050A公开了一种溶剂可调的荧光材料及其准聚轮烷荧光水凝胶，由四苯乙烯四桥联α环糊精与双羧基聚乙二醇20000通过超分子相互作用穿链形成，利用四苯乙烯衍生物的分子内限制旋转发光优势，通过简单的改变溶液中有机溶剂的比例可以方便的调节其荧光强度。

CN1235916C公开了一类高吸收性、均一膨胀性和弹性的新型化合物和新型凝胶状物质，其提供了具有通过使2个以上聚轮烷分子经由其环状分子或转子彼此化学结合而得到的交联聚轮烷的新型化合物和新型凝胶状物质。然而这些凝胶都不具有剪切增稠效应。

因此，在本领域期望得到一种具有剪切增稠效应的多聚轮烷的水凝胶。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种剪切增稠水凝胶及其制备方法和应用。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供一种剪切增稠水凝胶，所述剪切增稠水凝胶由轮烷与金属离子在水溶液中配位交联得到，所述轮烷由带有四个羧基的主体分子穿线到PEG链上得到，所述轮烷的结构如下式I所示：

其中代表PEG链，为主体分子。

在本发明中，所述式I所示轮烷与金属离子在水溶液中配位，自组装形成配位交联的超分子聚合物，得到水凝胶，该水凝胶具有剪切增稠效应。

通常以环糊精和PEG构建的超分子水凝胶一般都是通过化学键交联，形成一个不可逆的交联模式，导致其形成的水凝胶不具备剪切增稠效应，而本发明利用主体分子上带有的羧基与外加的金属离子通过配位方式交联，由于交联方式具有可逆性，使得所得凝胶具有对剪切力的刺激响应，达到剪切增稠性。

优选地，所述PEG的分子量大于等于50万，例如50万、55万、60万、65万、70万、80万、100万、120万、150万、180万、200万甚至更大分子量。

优选地，所述剪切增稠水凝胶中，主体分子与PEG的质量比为1:20-1:30，例如1:20、1:21、1:22、1:23、1:24、：25、1:26、1:27、1:28、1:29或1:30。

优选地，所述剪切增稠水凝胶中式I所示轮烷的浓度大于等于0.5wt％，例如0.5wt％、0.8wt％、1.0wt％、1.2wt％、1.5wt％、1.8wt％、2wt％、2.5wt％、3wt％、4wt％、5wt％，甚至更高的浓度。