[发明专利]一种高韧性双网络物理交联自修复水凝胶的制备方法

说明书

本发明涉及一种高韧性双网络物理交联自修复水凝胶的制备方法，利用明胶、丙烯酰胺单体的聚合反应形成疏水缔合胶束，构成第一层物理交联网络；然后将其浸泡在三价铁离子的乙醇‑水溶液中，明胶的羧基和铁离子通过螯合作用形成第二层物理交联网络，从而实现了双重物理交联，再辅以明胶结构中的氢键增强物理交联作用，使凝胶在受到损伤后，能够快速进行自愈合，在形态和性能上完成自修复。

技术领域

本发明涉及水凝胶材料技术领域，具体涉及一种高韧性双网络物理交联自修复水凝胶及其制备方法。

背景技术

水凝胶是一种与细胞质基质形态类似的橡胶材料，具有独特的三维网络结构，能吸收大量水分并维持形态。水凝胶具有生物相容性好及刺激响应性强等优点，广泛应用于药物缓释、组织工程、环境工程及智能材料等领域。

自修复材料是一种具有损伤管理功能的智能新材料，具有自我修复损伤的特点，能够增加材料使用的安全性延长材料的寿命。自修复材料在航天、军工、电子以及组织工程等领域具有广阔的发展前景。但是传统的水凝胶力学性能较差，结构容易被破坏并且这种破坏通常是不可逆的，很难被修复，导致材料的性能受到影响，严重限制了其实际应用。因此，近年来科研人员一直致力于合成力学性能较好或具有自修复性能的新型水凝胶。

中国专利CN107814957A公开了一种聚丙烯酰胺-丙烯酸-VDT物理交联高强度水凝胶的制备方法，首先将丙烯酰胺、VDT、丙烯酸在二甲基亚砜中充分搅拌得到均匀的混合溶液，在一定温度下热引发得到柔软的预成型凝胶，再将其浸泡在九水硝酸铁的水溶液中，通过VDT形成多氢键，三价铁离子与羧基形成的金属配位作用，形成了双物理交联的高强度水凝胶。虽然该水凝胶能够快速选择性地在水溶液中与目标分子形成强的氢键，但是其韧性不是很好，断裂伸长率在1500％以下，且该水凝胶不涉及自修复性能，使用范围受到限制。

中国专利CN104652119A公开了一种双网络水凝胶纤维及其制备方法和相关产品，该技术将水溶性天然聚多糖与丙烯酰胺溶解于水中经过滤、脱泡等步骤制备纺丝原液，再经过喷丝、辐射交联及牵伸、热定型、卷绕等一些列操作得到双网络水凝胶纤维。虽然该方法得到的水凝胶纤维吸水保水能力好，但制备工艺较为复杂，并且所得产品断裂强度与断裂伸长率不能同时达到最优，此外该水凝胶还不具备自修复性能。

中国专利CN105175970A公开了一种高强度抗撕裂磁性水凝胶及其制备方法和应用，将丙烯酰胺类单体和海藻酸钠粉末溶解在海藻酸钠@Fe₃O₄磁流体中，加入交联剂和引发剂得到聚丙烯酰胺类水凝胶，再将所得水凝胶浸泡在含有Mⁿ⁺多价态阳离子的水溶液中，使Mⁿ⁺扩散进入水凝胶，通过静电作用交联海藻酸钠@Fe₃O₄高分子链和自由的海藻酸钠高分子链，得到Fe₃O₄@(M-海藻酸钠/聚丙烯酰胺类)磁性水凝胶。该方法旨在提高水凝胶强度及其抗撕裂性，因此加入了化学交联剂，所得水凝胶材料同样不具备自修复性能。

中国专利CN105461945A公开了一种离子共价双网络水凝胶及其制备方法，通过化学交联得到预聚水凝胶，然后将其浸泡在二价或者三价阳离子溶液中制得了水凝胶。该水凝胶通过化学交联方法制备得到，不涉及水凝胶的自修复性能。

综上所述，本申请开发了一种新的高韧性双网络物理交联自修复水凝胶及其制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高韧性双网络物理交联自修复水凝胶及其制备方法，通过简单易得的原料、温和且不复杂的反应步骤，最终制得了具有良好自愈能力且有良好韧性的水凝胶材料，该水凝胶材料能够自主、重复响应从微观到宏观尺度的损伤，在生物医用等领域具有广阔的应用前景。为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种高韧性双网络物理交联自修复水凝胶的制备方法，包括以下步骤：