[发明专利]一种人造蜘蛛丝的水凝胶纤维及其制备方法

权利要求书

1.一种人造蜘蛛丝的水凝胶纤维，其特征在于，所述纤维是由丙烯酸和二氧化硅纳米粒子聚合形成的水凝胶纤维，而后通过水蒸发控制的聚丙烯酸水凝胶的自组装制备而成的具有核壳结构的人造蜘蛛丝纤维，包括离子掺杂、加捻和核壳结构的特点；所述核壳结构是由透明的芯和不透明的壳组成，从材料学的角度来看，纤维的核和壳都包括相同的聚合物丙烯酸和二氧化硅纳米粒子，相较于核来说，壳具有较少的水含量，随着纤维暴露在空气中的时间延长，芯逐渐减少，而壳的厚度逐渐增加。

2.根据权利要求1所述的水凝胶纤维，其特征在于，所述核壳结构上的芯是弹性的，可拉伸的；壳是非弹性的。

3.根据权利要求1所述的水凝胶纤维，其特征在于，所述加捻是将纤维一端固定在电机上，另一端挂一小重物使其扭转的过程，通过加捻，纤维变平，内部的芯变得不透明；加捻密度为1-7 turn/mm。

4.一种权利要求1所述人造蜘蛛丝的水凝胶纤维的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将20 mM乙烯基三乙氧基硅烷加到30 g水里搅拌12 h，直至油状液滴消失，变成透明的乙烯基硅烷溶液；

步骤2：将步骤1制备的乙烯基硅烷溶液稀释到质量浓度为0.1%-0.5%；

步骤3：取0.16 M丙烯酸与18ml 步骤2稀释过的乙烯基硅烷溶液搅拌均匀，加入金属离子，加入引发剂过硫酸铵0.1 mM，通入N₂以除去溶解氧，40℃油浴30h，得到透明的水凝胶；

步骤4：将一根直径为0.2mm的木棍浸到步骤3制备的水凝胶中，拉丝；

步骤5：将步骤4拉出来的丝两端固定，暴露在空气中，通过水蒸发来定型，当非弹性的壳和弹性的芯达到机械平衡时，纤维的长度不变，即得到人造蜘蛛丝的水凝胶纤维。

5.根据权利要求4所述的水凝胶纤维的制备方法，其特征在于，所述金属离子为Zn²⁺、Mg²⁺、Na⁺或K⁺，所用浓度为0.02 M。

6.根据权利要求4所述的水凝胶纤维的制备方法，其特征在于，所述0.2 mm的木棍拉丝速率为4 cm s^-1。

7.根据权利要求4所述的水凝胶纤维的制备方法，其特征在于，所述木棍插到水凝胶中进行拉丝，根据插入凝胶中的深度，能够得到直径为10-500微米的纤维。

8.根据权利要求4所述的水凝胶纤维的制备方法，其特征在于，所述纤维的定型时间为20-350 s。

9.根据权利要求4至8任一项所述的水凝胶纤维的制备方法，其特征在于，该方法还包括：

步骤6：将纤维进行加捻，加捻密度为1-7 turn/mm，由于纤维变扁和壳层增加，使机械性能得到增强；

步骤7：将纤维干燥0-2 h，由于水分的蒸发，芯层部分逐渐减少，壳层厚度增加，力学性能增强。