[发明专利]物理水凝胶及其制备方法

说明书

本发明涉及一种物理水凝胶及其制备方法，该物理水凝胶按摩尔份数计算，包括以下成分：1‑30份单体A，单体A为丙烯酸或甲基丙烯酸；1‑30份单体B，单体B为丙烯酸二甲胺基乙酯或甲基丙烯酸二甲氨乙酯；40‑98份单体C，单体C为丙烯酸烷基酯及其混合物，烷基链为C1到C30中的任意一种。本发明中的物理水凝胶主要成分为丙烯酸、丙烯酸二甲胺基乙酯以及丙烯酸烷基酯，避免了表明活性剂的使用，从根本上提高了疏水缔合物理水凝胶的稳定性。该发明方法操作简单，可以实现疏水缔合物理水凝胶的大规模制备。

技术领域

本发明属于化学材料的技术领域，尤其涉及物理水凝胶及其制备方法。

背景技术

目前，高性能水凝胶已经广泛应用于可穿戴电子设备、柔性器件、致动器和组织工程等领域。传统的水凝胶主要通过化学键交联形成，这种化学水凝胶在形变过程中无法实现能量的有效耗散，导致其机械性能较差，已经难以满足在上述领域中的要求。物理水凝胶主要通过非共价键相互作用，包括主客体相互作用，疏水缔合作用，氢键作用和静电相互作用等交联形成。物理水凝胶在形变和恢复时，通过非共价作用的可逆地解离/缔合，以及滞后现象，可以有效的耗散能量，因而表现出可再现性、自适应性和自修复能力。与传统化学水凝胶相比，物理水凝胶在上述领域中具有显著的性能优势和应用潜力。

在构成物理水凝胶的各种非共价相互作用中，疏水缔合作用由于结构设计要求低和焓驱动特性，受到研究人员的格外青睐。通常，疏水缔合物理水凝胶需要在乳液中借助表明活性剂助溶疏水单体实现凝胶制备。然而，在水中浸泡时，这种水凝胶中的表面活性剂会逐渐扩散到外部水环境中，导致水凝胶变性并逐渐失去自修复能力。

发明内容

本发明提供一种物理水凝胶及其制备方法，用以解决现有技术中水凝胶的自修复能力不够的技术问题。

本发明的第一方面公开了一种物理水凝胶，按摩尔份数计算，包括以下成分：

1-301份单体A；

1-30份单体B；

40-98份单体C；

其中，所述单体A为丙烯酸，所述单体B为丙烯酸二甲胺基乙酯，所述单体C为丙烯酸烷基酯及其混合物。

优选地，所述单体A为丙烯酸上的一个氢基被甲基取代而形成的甲基丙烯酸。

优选地，所述单体B为丙烯酸二甲胺基乙酯上的一个氢基被甲基取代而形成的甲基丙烯酸二甲氨乙酯。

优选地，所述单体C中的烷基链为C1到C30中的任意一种。

本发明的第二方面公开了一种上述的物理水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

按摩尔份数计算，将1-30份单体A、1-30份单体B以及40-98份单体C充分混合使其发生自由基聚合反应，反应得到前驱体；

将所述前驱体置于水中浸泡，形成所述物理水凝胶。

优选地，在所述单体A、所述单体B以及所述单体C充分混合得到混合物后，通过光引发、热引发、辐射引发或氧化还原引发以使所述混合物发生自由基聚合反应得到前驱体。

优选地，所述前驱体置于水中浸泡时间为1-120h。

本发明第三方面公开了一种上述的物理水凝胶的应用，作为自修复结构材料应用于智能穿戴、制动器、柔性器件以及组织工程领域。

本发明第四方面公开了一种上述的物理水凝胶的应用，作为染料吸附剂应用于化工原料分离和环境污染治理领域。

本发明第四方面公开了一种上述的物理水凝胶的应用，作为胶黏剂应用于玻璃、木材、金属及高分子材料的粘结。