[发明专利]快速成型自愈合水凝胶及其制备方法

权利要求书

1.一种快速成型自愈合水凝胶的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1、将聚乙烯醇粉末按预设质量体积比均匀分散于非质子溶剂中，得到聚乙烯醇溶液；然后，向所述聚乙烯醇溶液中加入预定量催化剂至完全溶解后，再加入预定量的甲基丙烯酸缩水甘油酯搅拌均匀，在40～60℃下反应4～8h；最后，析出沉淀、真空干燥处理，得到甲基丙烯酰化聚乙烯醇；

S2、将步骤S1得到的所述甲基丙烯酰化聚乙烯醇按预设质量体积比分散于非质子溶剂中，在30～50℃下充分搅拌至完全溶解，得到甲基丙烯酰化聚乙烯醇溶液；然后，在所述甲基丙烯酰化聚乙烯醇溶液中加入预定量的丁二酸酐，搅拌20～40min后升温至55～65℃进行酯化反应4～8h，结束反应后冷却至室温；接着，调节pH至8～9，进行沉淀抽滤、透析以及冷冻干燥后处理，得到羧基化的甲基丙烯酰化聚乙烯醇；

S3、将步骤S2制备的所述羧基化的甲基丙烯酰化聚乙烯醇中加入去离子水中，配制成预定浓度的前驱体溶液，并向所述前驱体溶液中加入预定量的光引发剂，得到前驱体混合溶液；然后，将预定摩尔浓度的氯化铁溶液与预定质量体积浓度的酒石酸溶液按预定体积比进行混合，制备得到酒石酸铁溶液；接着，将所述前驱体混合溶液与所述酒石酸铁溶液按照预定体积比混合并搅拌40～90s后，紫外光照射进行光聚合反应，得到快速成型自愈合水凝胶；在步骤S3中，所述前驱体混合溶液与所述酒石酸铁溶液的体积比为(3.5～1):1。

2.根据权利要求1所述的快速成型自愈合水凝胶的制备方法，其特征在于：在所述前驱体混合溶液中，所述羧基化的甲基丙烯酰化聚乙烯醇的质量体积浓度为10％～15％，所述光引发剂的质量体积浓度为0.05％～0.2％；在所述酒石酸铁溶液中，所述氯化铁溶液与所述酒石酸溶液的体积比为1:(3～6)，且所述氯化铁溶液的摩尔浓度为0.1～0.2mol/L，所述酒石酸溶液的质量体积浓度为0.3％～0.6％。

3.根据权利要求2所述的快速成型自愈合水凝胶的制备方法，其特征在于：所述光引发剂为2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮；所述前驱体混合溶液与所述酒石酸铁溶液的体积比为1.3:1；在所述酒石酸铁溶液中，所述氯化铁溶液与所述酒石酸溶液的体积比为1:5，且所述氯化铁溶液的摩尔浓度为0.15mol/L，所述酒石酸溶液的质量体积浓度为0.5％。

4.根据权利要求1所述的快速成型自愈合水凝胶的制备方法，其特征在于：在步骤S3所述的光聚合反应中，所述紫外光照射的时间为3～30min，所述紫外光的波长为365nm，光强为30mW/cm2。

5.根据权利要求1所述的快速成型自愈合水凝胶的制备方法，其特征在于：在步骤S1中，所述聚乙烯醇粉末的质量与所述非质子溶剂的体积的比例为1g:(15～25)mL；所述聚乙烯醇粉末与所述催化剂的质量比为(40～60):1；所述聚乙烯醇粉末与所述甲基丙烯酸缩水甘油酯的质量比为5:(0.32～0.33)。

6.根据权利要求5所述的快速成型自愈合水凝胶的制备方法，其特征在于：所述非质子溶剂为二甲基亚砜；所述催化剂为对二甲氨基吡啶。

7.根据权利要求1所述的快速成型自愈合水凝胶的制备方法，其特征在于：在步骤S2中，所述甲基丙烯酰化聚乙烯醇的质量与所述非质子溶剂的体积的比例为1g:(22～30)mL；所述甲基丙烯酰化聚乙烯醇与所述丁二酸酐的质量比为(8～12):1。

8.一种权利要求1-7中任一项权利要求所述的快速成型自愈合水凝胶的制备方法制备得到的快速成型自愈合水凝胶，其特征在于：所述快速成型自愈合水凝胶为由含羧基化的甲基丙烯酰化聚乙烯醇的前驱体混合溶液与含三价铁离子的酒石酸铁溶液混合后采用紫外光照射，进行自由基聚合和离子配位双交联反应而形成的物理化学双交联网络结构水凝胶。

9.根据权利要求8所述的快速成型自愈合水凝胶，其特征在于：所述快速成型自愈合水凝胶包括以下质量百分比的原料：5.7％～8.6％的羧基化的甲基丙烯酰化聚乙烯醇、0.03％～0.11％的光引发剂、0.11％～0.23％的氯化铁溶液、0.11％～0.21％的酒石酸溶液。