[发明专利]一种基于小分子自组装的高强度水凝胶及其制备方法

说明书

本发明涉及一种基于小分子自组装的高强度水凝胶，由以下质量份数物质构成：第一重网络的单体0.01—10%、金属阳离子0.01—5%，第二重网络的单体20—50%、引发剂0.1～3%、交联剂0—0.07%，余量为去离子水；其制备方法包括混料，初步反应及引发反应等三步；本发明一方面极大的提高了水凝胶生产制备作业效率，同时原料成本低廉，无需经过复杂的改性处理，制备过程绿色安全，水凝胶对人体无害、也不会对环境造成二次污染，另一方面所制备的荧光水凝胶结构强度大、韧性高，耐疲劳和自恢复好，拉伸强度可达到0.075‑0.800MPa、拉伸模量为40‑800KPa、拉伸形变达到1000‑4000%、韧性达到10²‑10⁴J/m²，适用范围广泛。

技术领域

本发明涉及一种基于小分子自组装的高强度水凝胶及其制备方法，属水凝胶材料技术领域。

背景技术

水凝胶是化学交联或物理交联形成的具有三维网络结构的高分子材料，在生命科学、食品科学、选择性吸附、药物控释、生物传感器以及组织工程等方面具有广阔的发展和应用前景。

然而，大多数水凝胶由于缺乏有效的能量耗散机制通常拥有非常差的力学性能和低的撕裂能（1-10J/m2），低的弹性模量(～10KPa)，很大程度的限制了水凝胶在高负载受力工程领域的应用；因此，具有高强度和高韧性的水凝胶已经成为近年来国内外的研究热点；对此，研究者们提出了一系列的策略来增强水凝胶的力学性能，例如：1、双网络水凝胶，如《先进材料》（Advanced materials, 2013, 25(30): 4171-4176.）上发表的“Chen Q. Arobust, one‐pot synthesis of highly mechanical and recoverable double networkhydrogels using thermoreversible sol‐gel polysaccharide”；2、纳米复合水凝胶，如《应用化学》(Angew. Chem. Int. Ed.2005，44，6500-6504) 上发表的 (K.Haraguchi，H.J.Li Control of the Coil-to-Globule Transition and Ultrahigh MechanicalProperties of PNIPA in Nanocomposite Hydrogels)；3、疏水缔合水凝胶，如《聚合物》（Polymer 2009, 50, 5449−5455）上发表的(Abdurrahmanoglu. Design ofhightoughness polyacrylamide hydrogels by hydrophobic modification)；4、大分子微球复合水凝胶，如《先进材料》（Adv. Mater. 2007,19, 1622−1626）上发表的（Huang. Anovel hydrogel with high mechanical strength: a macromolecular microspherecomposite hydrogel）；5、离子交联水凝胶，如《大分子》（Macromolecules 2016, 49, 1049−1059）上发表的（You. Quaternized Chitosan/Poly(acrylic acid) PolyelectrolyteComplex Hydrogels with Tough, Self-Recovery, and Tunable MechanicalProperties）；6、tetra-PEG均相水凝胶，如《大分子》（Macromolecules 2008, 41, 5379−5384）上发表的（Sakai. Design and Fabrication of a High-Strength Hydrogel withIdeally Homogeneous Network Structure from Tetrahedron-like Macromonomers）。