[发明专利]超分子材料、大裂纹自修复的水凝胶及其制备方法

说明书

本发明属于超分子化学的技术领域，尤其涉及一种超分子材料和大裂纹自修复的水凝胶及其制备方法。包括第一构筑单元和第二构筑单元，所述第一构筑单元具有式I结构，所述第二构筑单元具有式II或/和式Ⅲ结构，所述第一构筑单元与第二构筑单元基于金刚烷‑环糊精主客体自组装连接形成超分子材料。本发明还提供了一种水凝胶，包括以下步骤：将所述第一构筑单元、第二构筑单元和水混合，通过所述第一构筑单元和第二构筑单元的金刚烷‑环糊精主客体在4‑20℃条件下溶解混合进行自组装，再加热到35‑50℃下形成水凝胶。本发明的水凝胶解决了现有的水凝胶存在的其结构杂乱、不可调控，对于宏观大裂纹自修复需要人工贴合的技术缺陷。

技术领域

本发明属于超分子化学的技术领域，尤其涉及超分子材料、大裂纹自修复的水凝胶及其制备方法。

背景技术

自愈合是生物体最基本的特性，譬如皮肤和骨骼损伤后可以自动自愈合。水凝胶通常柔软而富有弹性，具有很高的水含量，这些特性使水凝胶与生物组织结构十分相似，因此，通过合理的设计也可以使水凝胶材料实现类似生物体的自修复功能。具有自愈合功能的水凝胶可以自动修复由于极端外部条件(如大变形或外力破坏)所引起的材料区域性损伤、使受损的凝胶恢复其形状和功能，从而延长凝胶材料的工作寿命和使用稳定性，优化经济效益，实现软材料的智能化、高效化和环境友好化。当今世界，智能自修复材料是一门新兴起的综合性科学。目前，具有自修复功能的水凝胶作为一种新型的智能软材料已成为新材料领域的研究热点之一。

基于主客体自组装的超分子水凝胶是一种重要的自修复材料。日本大阪大学的Harada教授团队利用β-环糊精(β-CD)和金刚烷(Ad)的主客体自组装作用设计了预先自组装的两种乙烯基单体，然后通过自由基聚合获得了一种自修复的水凝胶，该水凝胶切开的断面相互贴合一起后可以立刻粘结起来(Kakuta T.,Takashima Y.,Nakahata M.,OtsuboM.,Yamaguchi H.,Harada A.,Adv.Mater.2013,25(20):2849-2853.)。

然而对于现有技术制备的自修复水凝胶，其制备方法不可控，凝胶网络结构不够规整和灵活可调。另外，对于已报道的自修复水凝胶，只有将切开的断面手动贴合在一起后，在一定条件下才能观察到自修复，也就是，只有当材料内部产生微小的裂纹，聚合物分子链段在自由扩散运动的过程中能够相互接触的情况下才可以实现自修复。而对于较大的裂缝使自修复材料断面两侧不接触时，往往需要手动将断面两端贴合在一起，否则便无法完成自修复。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是公开一种结构规整可调并具有温度敏感性，以及无需人工贴合实现宏观大裂纹自修复的水凝胶。

本发明提供了一种超分子材料，包括第一构筑单元和第二构筑单元，所述第一构筑单元具有式I结构：

其中，R₁选自中的一种或两种，L为

所述第二构筑单元包括式II结构或/和式Ⅲ结构：

其中，X选自Br或N₃；R₃选自

其中，X选自Br或N₃；R₃选自

所述第一构筑单元与第二构筑单元基于金刚烷-环糊精主客体自组装连接形成超分子材料。

需要说明的是，式I单独与式II结构基于金刚烷-环糊精主客体自组装连接形成超分子材料，也可以是，式I单独与式Ⅲ结构基于金刚烷-环糊精主客体自组装连接形成超分子材料，也可以是，式I、式II结构和式Ⅲ结构三者基于金刚烷-环糊精主客体自组装连接形成超分子材料。

更优选的，在式II中，X为Br或N₃；R₃为

更优选的，在式Ⅲ中，X为Br或N₃；R₃为