[发明专利]自修复水凝胶的制备方法

说明书

本发明公开了一种自修复水凝胶的制备方法，包括步骤：S1、配制如式1所示的碱度调节剂的水溶液；S2、向碱度调节剂的水溶液中添加如式2所示的羟基供应体、光引发剂及硼酸体，并充分溶解，获得混合溶液；S3、于真空环境下去除混合溶液中的空气，并进行惰性气体鼓泡，获得反应溶液；S4、将反应溶液置于紫外光照射下、或置于加热条件下进行无规共聚反应，获得自修复水凝胶。该制备方法的碱度调节剂既可以调节pH，又可以和具有特定结构的羟基供应体通过碳碳双键进行无规共聚反应，继而与硼酸体中的硼酸根反应形成动态可逆交联，由此获得的自修复水凝胶在无外界刺激的室温条件下实现自住自修复性能；且该制备方法简单。

技术领域

本发明属于功能材料制备技术领域，具体来讲，涉及一种自修复水凝胶的制备方法。

背景技术

对外部刺激具有响应性的智能水凝胶吸引了许多科研工作者的广泛关注，它们可以显著减少材料消耗和环境污染的不利影响，已逐渐成为新型软材料领域的研究热点。智能水凝胶的可调性使其在传感器、制动器、药物输送、组织工程和医学工程等领域具有广阔的应用前景。由于其潜在的应用价值，科学家们已经提出各种策略来制备各式各样的智能凝胶体系。一种常用的方法是利用非共价键的相互作用，但是非共价键的键能低，由非共价键相互作用形成的凝胶不稳定、机械性能差。近几年，动态共价键交联的凝胶的制备成为了研究的热点。利用动态共价键形成的凝胶，不仅能提高水凝胶形状的稳定性，同时能更好地保持水凝胶结构的可逆性。如Diels-Alder(DA)反应、亚胺型键(亚胺、酰腙、腙等)、烯烃复分解、自由基重组、硅氧烷平衡，和二硫化物交换已被用于制造内在的自我修复材料。然而，在内在自愈合材料的广泛应用的推动下，对新型动态共价键的追求从未停止过。

研究人员一直在努力通过不同的策略制备可自行修复的水凝胶，包括使用动态共价键和超分子相互作用。与基于超分子相互作用的物理交联水凝胶相比，使用动态共价键的连接系统可以更好地保持结构可逆性和形状稳定性。在许多动态键中，硼酸和1,2-或1,3二醇之间形成的硼酸酯键已越来越多地用于设计智能聚合物材料。硼酸与二醇可逆地相互作用，形成硼酸酯，最常见的相互作用发生在1,2-和1,3-二醇上，分别形成五元和六元环，硼酸酯衍生物的形成和解离可以在水性和有机介质中发生，并且显著取决于pH、以及硼酸-二醇对的pK_a。

目前虽然有诸多种自修复水凝胶的制备方法，然而，现有的制备方法中一般存在下述问题：制备基于硼酯键的自修复水凝胶时，硼酸与硼酸与1,2-或1,3-二醇之间形成硼酸酯键，通常使用聚乙烯醇类物质，但是硼酸对聚乙烯醇非常敏感，接触后迅速凝胶，形成的水凝胶机械强度低(＜0.12MPa)；或者通过接枝的方法将其他含有羟基的单体进行接枝，形成侧链含有羟基的聚合物，常常需要在聚合物的端基或侧链引入功能性基团，这个过程比较复杂，步骤繁琐。同时硼酸酯键只有在碱性条件下形成，调节pH的物质有KOH、氨水、三乙胺等，这些物质的加入可能会影响水凝胶的机械性能和修复性能。

发明内容

为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种自修复水凝胶的制备方法，该制备方法以具有特定结构的碱度调节剂作为原料之一，既可以调节pH，又可以和具有特定结构的羟基供应体通过碳碳双键进行无规共聚反应，从而形成链段含有多个羟基的无规共聚物，继而与硼酸体中的硼酸根反应形成动态可逆交联，由此获得的自修复水凝胶在无外界刺激的室温条件下实现自住自修复性能；且该制备方法简单。

为了达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种自修复水凝胶的制备方法，包括步骤：

S1、配制碱度调节剂的水溶液；所述碱度调节剂具有如式1所示的结构：

其中，R₁选自H、甲基、乙基、丙基中的任意一种，R₂为H或甲基；n的取值范围为1～5；

S2、向所述碱度调节剂的水溶液中添加羟基供应体、光引发剂及硼酸体，并充分溶解，获得混合溶液；