[发明专利]一种利用改性Janus纳米片制备自修复水凝胶的方法

说明书

本发明公开了利用制备的Janus纳米片构筑自修复纳米复合水凝胶的方法，首先用乳液法制备二氧化硅纳米空心球（SiO₂ JSs），然后在其外表面粘附聚多巴胺后粉碎制备Janus@PDA纳米片，利用自由基聚合对其另外一侧进行改性接枝聚甲基丙烯酸异氰基乙酯制备具有双重自修复性能的SiO₂@PDA/PMAUPy JNs纳米片，并以其为添加剂成功制备了具有优良机械强度和自修复性能的纳米复合水凝胶。

技术领域

本发明以乳液法制备二氧化硅纳米空心球（SiO₂ JSs），并对其改性、破碎制备设计出一种两侧都具有自修复功能基团的二氧化硅基Janus纳米片（SiO₂@PDA/PMAUPy JNs），以此为添加剂成功构筑了一种具有高效自修复性能的纳米复合水凝胶，属于功能高分子领域。

背景技术

水凝胶作为一种亲水性具有网络结构的材料，大多数具有良好的生物相容性、刺激性以及高含水性。正是这些特殊性质使之在生物医学、组织工程、化学工业等领域有重要的应用前景。但其强度低、机械性能低、结构脆弱等劣势使其发展受限于实际应用。而新型仿生材料自修复水凝胶具有出色的自修复、高强度和韧性性能，从而延长其使用寿命，引起了广泛研究。

目前已经提出很多制备自修复水凝胶的方法，用于重建水凝胶受损网络结构的策略包括利用愈合剂、动态共价键或可逆的非共价键相互作用，如氢键、静电例子相互作用和π-π堆叠等。最近，发展新型自修复水凝胶成为当前研究的热点之一。目前自修复水凝胶新型设计工艺类型有纳米复合、双网络、聚电解质等。其中纳米复合水凝胶具有出色的自修复、高强度和韧性性能。先前对纳米复合材料自修复水凝胶的大量研究都集中在纳米复合材料上，已经报道了由纳米粘土，二氧化硅纳米颗粒，碳纳米管和氧化石墨烯（GO）增强的纳米复合水凝胶。

而Janus材料在这些纳米复合材料中是独特的。Janus纳米材料是指具有不对称结构或性质的特殊纳米材料，可以是纳米材料形貌的不对称或者组成性质的不对称。在形貌上，不对称的形貌使Janus纳米材料具有特殊的空间效应，可以用来探讨靶向识别和自组装等；从组成性质上看，Janus材料可同时具有两种不同甚至相反的性质，如亲水—疏水、正电荷—负电荷、极性—非极性、磁性－非磁性等，因而使材料具有多重功能性同时可以适应更复杂的条件要求。出于对这方面的考虑，近些年，尝试设计并制备多组分、多功能性的不对称Janus材料并研究其在物理、化学、生物以及催化、光学成像、药物运输等方面的应用有着广阔的前景，这对促进新材料的发展起着至关重要的作用。

本发明设计并制备了具有双重自修复性能的SiO₂@PDA/PMAUPy JNs纳米片，且SiO₂@PDA/PMAUPy JNs纳米片作为一种强大的添加剂，可通过自由基聚合反应掺入聚丙烯酸网络中，作为物理交联剂进一步提高了聚丙烯酸网络的交联程度。从而制备出具有高机械强度和修复率的纳米复合水凝胶，为制备自修复水凝胶提供了新思路，将会在生物医学等领域有良好的前景。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于二氧化硅基Janus纳米复合材料制备自修复水凝胶的方法。

为达到上述目的，本发明具体技术方案是：

（1）制备一侧具有聚多巴胺（PDA），一次具有聚甲基丙烯酸异氰基乙酯（PMAUPy）的二氧化硅基Janus纳米片（SiO₂@PDA/PMAUPy JNs），首先利用乳液法制备二氧化硅纳米空心球（SiO₂ JSs），以正硅酸乙酯为原料，加入苯乙烯马来酸酐共聚物水溶液（HSMA）、去离子水、正十二烷、3–(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、氨丙基三甲氧基硅烷。其中按质量比，HSMA：去离子水：正硅酸乙酯：正十二烷：3–(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷：氨丙基三甲氧基硅烷=1~100:1~100:1~20:1~20:0.1~10:0.1~10，

所述反应温度为10~100摄氏度，