[发明专利]一种壳聚糖/聚磺酸基甜菜碱双网络自愈合水凝胶及其制备方法

说明书

一种壳聚糖/聚磺酸基甜菜碱双网络自愈合水凝胶及其制备方法，涉及水凝胶领域，所述水凝胶为双网络结构，其由第一网络和第二网络相互贯穿形成，所述第一网络为由壳聚糖和多价态负离子通过配位作用形成的物理交联网络，所述第二网络为聚磺酸基甜菜碱物理交联网络，第一网络穿插在第二网络内；本发明选用壳聚糖和多价态负离子形成第一网络，选用聚磺酸基甜菜碱为第二网络，采用胶束作为聚磺酸基甜菜第二网络的物理交联点交联第二网络，使第一网络与第二网络相互穿插，赋予本发明水凝胶双网络结构，因此本发明具备优异的机械性能和自愈合能力，并且本发明在应变下电阻变化率大，灵敏度高，作为应变传感器测试范围更广，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及水凝胶领域，尤其涉及一种壳聚糖/聚磺酸基甜菜碱双网络自愈合水凝胶及其制备方法。

背景技术

过去几年，大批先进智能电子器械得到开发，如电子皮肤，纳米机器人，基于柔性材料的执行器元件，可拉伸传感器。在实际应用中，要求电子设备可承受弯曲，折叠，扭曲和拉伸等机械变形，这对材料的稳定性和耐久性提出了更高的要求。应力传感器是一类可根据电阻和电容的变化将物体的机械变形转换为输出信号的传感器，电阻应变片是其最常见的传感元件，它可将机械变形量转化为电阻变化。这些传感器可贴合复杂表面，因此在监测人/机器活动、人体健康、环境等方面有广泛应用。传统的电阻应变片往往是由金属模型和半导体压电电阻器组成的，尽管它生产成本低，但是金属的脆断性、刚性和半导体材料的耐久性可拉伸性方面存在局限。因此通过简单便捷的方法制备导电的，抗疲劳性良好，机械性能和自愈合性能良好的水凝胶材料具有重大的研究意义。

其中，水凝胶是一类具有3D网络结构及可调控的物理、化学性质的高分子材料。通过交联亲水的聚合物链，水凝胶可在网络间储存大量水，凭借其优异的保水性以及与人体组织相似的网络结构，水凝胶成为近年来的一项研究热点。随着人们对水凝胶研究的深入，自愈合水凝胶引起了很大的关注。自愈合水凝胶在受到外部损伤后能通过自愈合机制，以保持网络结构的完整性和水凝胶的机械性能，保证其长期稳定地使用。自愈合水凝胶大多数通过聚合物骨架之间可逆的相互作用如氢键，亲水-疏水相互作用力，离子偶合作用力等重建物理交联点的方式来实现。但是，在很多情况下，物理交联的自愈合性能和较高的机械性能不能同时取得，这是因为水凝胶的自愈合能力需要满足：可逆的断裂、动态非共价相互作用和可移动的聚合物链三个条件，高机械强度需要强而稳定的化学交联或者是共价交联，这会限制聚合物链的移动并且使聚合物链的自愈合能力降低，例如，在中国专利文献上公开的“快速制备羧甲基纤维素基发光自愈合水凝胶的方法”，其公告号CN105504312B，该发明通过固相反应合成具有蓝绿色荧光的柠檬酸类(PCAD)化合物，然后将含有Al³⁺交联剂的水溶液滴加到羧甲基纤维素透明溶液中合成具备优异的自愈合性能水凝胶，但是其断裂强度最高只有13 kPa。

发明内容

本发明是为了克服目前物理交联的水凝胶其良好的自愈合性能和较高的机械性能不能同时取得等问题，提出了一种壳聚糖/聚磺酸基甜菜碱双网络自愈合水凝胶及其制备方法。

本发明的主要目的包括：1、制备得到具有良好的自愈合性能和优异机械性能的双网络水凝胶；2、使水凝胶在应变下具有较大的电阻变化率，提高敏感度；3、简化制备流程，使其制备方法简洁、高效且环保。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种壳聚糖/聚磺酸基甜菜碱双网络自愈合水凝胶，所述水凝胶为双网络结构，其由第一网络和第二网络相互贯穿形成，所述第一网络为由壳聚糖和多价态负离子通过配位作用形成的物理交联网络，所述第二网络由表面活性剂和疏水烷基酯形成的胶束作为物理交联点，与磺酸甜菜碱甲基丙烯酸甲酯共聚形成的聚磺酸基甜菜碱物理交联网络，第一网络穿插在第二网络内。