[发明专利]一种多重物理交联的水凝胶及其制备方法

说明书

本发明公开了一种多重物理交联的水凝胶及其制备方法，该水凝胶的制备方法：通过将4‑{6‑[3‑(6‑甲基‑4‑氧代‑1,4‑二氢嘧啶‑2‑基)脲基]己基氨基甲酰氧基}丙烯酸丁酯单体(UPy‑HCBA)包裹在十二烷基硫酸钠(SDS)胶束内，胶束外面再加入亲水性的丙烯酰胺单体(AAm)和丙烯酸(AAc)，通过乳液聚合以及物理交联作用，制备出具有非常好的拉伸性能但强度较低的凝胶，再将该凝胶通过Fe³⁺配位交联，得到高强度超拉伸的水凝胶。该制备方法简单，原料来源广泛，价格低廉，其在功能高分子领域具有潜在的应用价值。

技术领域

本发明涉及一种水凝胶，特别涉及一种通过多重物理交联的具有高强度及超拉伸的水凝胶，还涉及水凝胶的制备方法，属于功能高分子材料领域。

背景技术

溶胶或溶液中的胶体粒子或高分子在一定条件下互相连接，形成空间网状结构，结构空隙中充满了作为分散介质的液体(在干凝胶中也可以是气体，干凝胶也称为气凝胶)，这样一种特殊的分散体系称作凝胶。根据溶剂的类别又可以分为水凝胶和有机凝胶。近年来水凝胶凝胶已逐渐发展为一类具有广阔应用前景的智能/功能性纳米材料。水凝胶由于其独特的结构，具有很多优点，比如高吸水性，可以作为高吸水高保水材料；较好的拉伸性能，可以作为触摸板、电解质；良好的生物相容性，可以作为药物载体。但是其缺点也不可忽视，由于水凝胶的本身机械性能较低，强度差、易碎、柔软等特性使它们的应用只能局限在一些对力学性能要求不高的领域，因此，去探索和开发高力学强度的水凝胶是非常有必要的。比如传统化学交联的水凝胶机械性能较差，一旦断裂，便无法修复，很大程度上限值了水凝胶的实际应用价值。按水凝胶的网络结构分类，有双网络水凝胶、互穿网络水凝胶、tera-PEG均相水凝胶、高强纳米复合聚合物水凝胶等。按交联方式分类，有化学-物理交联的水凝胶、物理交联的水凝胶。Gong等制备了基于两亲性三嵌段共聚物的物理交联的双网络水凝胶，该凝胶有很高的强度，但拉伸性能一般(Adv.Mater.2016,28,4884-4890)。Zheng等利用乳液聚合制备了物理-化学交联的水凝胶，该凝胶在不同光照下会有一个颜色变化，并且具有较高的强度，但其拉伸性能一般，应变只能达500％左右(Adv.Mater.2017,29,1606900)。

发明内容

针对现有技术中的水凝胶普遍存在机械性能较差，容易断裂，且一旦断裂，便无法修复等缺陷，本发明的第一个目的是在于提供一种通过有机化合物之间的多重氢键、疏水键合以及金属配位作用等多重物理交联构建的具有高强度和超拉伸的水凝胶，该水凝胶不仅具有高强度和高伸长率，还具有形状记忆功能，在很大程度上提高了水凝胶的实际应用价值。

本发明的另一个目的是在于提供一种原料成本低、操作简单的制备上述水凝胶的方法。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种多重物理交联的水凝胶的制备方法，其包括以下步骤：

1)将SDS(十二烷基硫酸钠)与氯化钠溶液混合搅拌至澄清，得到SDS胶束溶液A；

2)将4-{6-[3-(6-甲基-4-氧代-1,4-二氢嘧啶-2-基)脲基]己基氨基甲酰氧基}丙烯酸丁酯单体(UPy-HCBA)与SDS胶束溶液A搅拌混合，再过滤处理，得到SDS胶束溶液B；

3)将丙烯酰胺单体(AAm)和丙烯酸单体(AAc)与SDS胶束溶液B混合，再加入引发剂及还原剂搅拌均匀，静置反应，得到双物理交联的水凝胶(DPC-gel)；

4)双物理交联的水凝胶置于FeCl₃溶液中浸泡，透析，即得多重物理交联的水凝胶(MPC-gel)。