[发明专利]基于配位交联和疏水缔合交联的双网络水凝胶的制备方法

说明书

本发明涉及一种基于配位交联和疏水缔合交联的双网络水凝胶的制备方法，采用AIBN热引发方式成型聚丙烯酰胺水凝胶，并采用后配位交联方式形成配位键，形成一种包含配位交联和疏水缔合交联机制的双网络聚丙烯酰胺水凝胶的制备方法。实验过程无需避光操作，所选用引发剂在水中和油相中具有适中的溶解性，同时引发胶束内部和外部的聚合，成型后金属盐浸泡方式形成配位键。该方法单体易得、工艺简单、聚合率高，所得水凝胶具有优异的力学性能和结构稳定性。

技术领域

本发明属于双网络水凝胶的制备领域，，涉及一种基于配位交联和疏水缔合交联的双网络水凝胶的制备方法。

背景技术

水凝胶是一种由一类能吸收大量水又不溶于水的亲水性交联高聚物三维网络结构吸水溶胀制得的材料。高分子水凝胶同时兼具固体和液体双重性质。于其特殊的理化性能，水凝胶在生物、医药、能源等领域被广泛运用。

由于水凝胶基体中的分子链密度低、分子链间作用力小、化学交联点分布不均匀，导致水凝胶在宏观上表现出力学性能差、稳定性差、严重限制了高分子水凝胶的应用，极大阻碍了水凝胶的实际应用。双网络水凝胶一直以来被认为是有效提高凝胶机械性能的常用途径。双网络水凝胶的两个聚合物网络结构的设计优化是提升水凝胶性能的关键。

高分子凝胶的交联键不一定都是化学共价键，也可以通过诸如氢键、分子间作用力等次级相互作用，或者链段相互互穿、缠结等方式形成网络结构。疏水缔合作用利用化合物的疏水基团由于疏水作用而发生聚集这一特性，使大分子链产生分子内和分子间缔合，形成以分子间缔合为主的超分子结构-动态物理交联网络。配位交联作用利用金属离子与水凝胶分子链间的配位作用交联水凝胶，形成网络交联结构，提升水凝胶性能。

传统双网络水凝胶提高机械性能主要是牺牲第一网络来消耗能量以及第一网络的碎片簇在第二网络的移动来提高水凝胶的均匀性，但第一网络水凝胶易碎，难以在模具中取出。而本发明提出的配位交联和疏水缔合交联双网络水凝胶可避免这一问题。引入疏水缔合作用作为动态交联中心,以提高有效的能量消耗，金属离子作为物理交联剂制备的水凝胶不仅具有良好的机械性能,而且还具有良好的自修复性能。基于配位交联和疏水缔合交联机制在提升水凝胶性能方面的优势和特点，通过水凝胶分子网络结构构筑或交联机制设计，增强水凝胶的机械性能，可进一步拓展水凝胶在化学机械、医学及组织工程等领域的应用。

申请号为201710892648.6的专利申请公开了一种双物理交联聚丙烯酸高强度、高韧性水凝胶的制备方法。该方法中，Fe³⁺预先加入到丙烯酸单体溶液中，采用紫外光引发聚合制备水凝胶。Fe³⁺预先与丙烯酸形成了配位键，会影响丙烯酸单体的聚合活性和自由基的增长，紫外光引发时，操作过程需要在遮光的条件下进行，紫外光照射溶液时表层和内部存在光强度梯度，导致水凝胶主体材料内外不均匀，会影响结构均匀性。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种基于配位交联和疏水缔合交联的双网络水凝胶的制备方法，解决传统水凝胶力学性能不足的问题，以及传统双网络水凝胶第一网络水凝胶易碎，难以在模具中取出等问题。

技术方案

一种基于配位交联和疏水缔合交联的双网络水凝胶的制备方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：将1g～4g的羧甲基纤维素CMC与30g去离子水混合，在70℃水温的搅拌30分钟，使羧甲基纤维素在水中充分溶解后降至室温，得到羧甲基纤维素溶液；

将5～20g丙烯酰胺AM、疏水型单体、1.25g～5g的油包水乳液乳化剂、1.5g的氯化钠NaCl与20g去离子水中混合，在室温下搅拌溶解得到混合溶液；所述疏水型单体用量相对于AM的物质的量为0.75％～3.0％；