[发明专利]快速成型自愈合水凝胶及其制备方法

说明书

本发明提供了一种快速成型自愈合水凝胶及其制备方法。该制备方法以聚乙烯醇为原料，首先通过聚乙烯醇与甲基丙烯酸缩水甘油酯反应合成甲基丙烯酰化聚乙烯醇，然后利用丁二酸酐上的羧基与甲基丙烯酰化聚乙烯醇上的羟基进行酯化反应制备出羧基化的甲基丙烯酰化聚乙烯醇；将其制备成前驱体混合溶液，并与含三价铁离子的酒石酸铁溶液混合后，经紫外光聚合成型，制备得到物理化学双交联单网络结构的快速成型自愈合水凝胶。该水凝胶具备成型速度快、自愈合性能优异的优点，且具备优异的力学性能。

技术领域

本发明涉及水凝胶材料制备领域，尤其涉及一种快速成型自愈合水凝胶及其制备方法。

背景技术

水凝胶是一种具有三维分子网络结构且不溶于水的高分子材料，其分子网络上富含疏水基团和亲水基团，可在水环境中吸收相当大比例的水且具有稳定的保水性。水凝胶具备良好的生物相容性使其在组织工程、药物释放、伤口愈合等领域有着广泛的应用。目前，由于智能电子产业的大力发展，要求电子设备可承受折叠、拉伸、扭曲等变形，对材料的机械性能、抗疲劳性能都提出了更高的要求，由此水凝胶材料受到了越来越多的关注。

尽管水凝胶各方面性能优异，然而如果水凝胶在宏观或微观上被破坏而出现裂痕时，这些优异的性能会减弱甚至消失，从而缩短了水凝胶的使用寿命。自愈合水凝胶则可以通过分子链的运动和动态可逆的相互作用，修复自身网状结构和机械性能，有利于提高材料的稳定性和耐久性。这种相互作用包括动态共价键作用和动态非共价键作用。动态共价键与传统不可逆的化学键不同，它能够在断裂后可逆重组，如二硫键、亚胺键、以及狄尔斯-阿尔德反应(Diels-Alder)等；动态非共价键则包括氢键、疏水作用、主客体相互作用、离子相互作用等。并且，凝胶实现自愈合往往需要通过热、电、磁以及pH的刺激来实现，在室温下不能自发地进行修复。

聚乙烯醇(PVA)是一种由聚醋酸乙烯酯水解而成的合成高分子聚合物，PVA毒性低、生物相容性好，由于其分子链上含有大量的羟基而使其具有良好的水溶性，同时，凝胶化也是PVA的一个重要性质。PVA水凝胶是一种合成高分子水凝胶，由于其具备亲水性、良好的生物相容性、生物可降解性、无毒、化学性能稳定等优点，获得了研究者们的广泛关注。按制备方法的不同，PVA水凝胶可分为化学交联和物理交联两大类。化学交联法是通过交联剂交联、光交联和辐射交联等方法使PVA分子链间发生化学交联而形成PVA水凝胶的方法；物理交联制备PVA水凝胶主要是通过反复冷冻-解冻法。

申请号为CN201910300477.4的发明专利公开了一种三重网状结构水凝胶的制备方法及其应用。该制备方法通过聚乙烯醇与硼砂的交联形成具有氢键和金属配位键的物理与化学交联的双层网状结构，然后在-18℃下进行循环冷冻解冻，在水凝胶内部形成结晶域，构成另外一层物理交联结构。但是该方法的不足之处在于：使用冻融法存在耗时长，制备过程步骤多的弊端，且水凝胶的力学强度和自愈合能力受到一定的限制。

申请号为CN201911054577.X的发明专利公开了一种柔性自愈合导电水凝胶传感器及其制备方法。该方法制备的柔性自愈合导电水凝胶传感器是由丙烯酰胺(AM)溶液与乙酰乙酸化聚乙烯醇(PVAA)溶液共混，引发聚合得到柔性前驱体水凝胶，之后通过浸泡三氯化铁(FeCl₃)溶液与乙酰乙酸基团原位组成动态配位，构建互穿网络水凝胶。但是该方法的不足之处在于：存在凝胶形成过程耗时长的缺点，愈合效率不高的缺陷，且该制备方法中使用的化学交联剂会对水凝胶产生一定的毒性，使之应用范围受限。

即，在现有技术中，制备的PVA水凝胶存在凝胶耗时长、力学性能差、无法实现快速成型的同时自愈合效率高的缺陷。

有鉴于此，有必要研发一种快速成型且具备优异自愈合能力和力学性能的水凝胶，以满足实际应用的需要。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种快速成型且具备优异自愈合能力和力学性能的快速成型自愈合水凝胶及其制备方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种快速成型自愈合水凝胶的制备方法，包括如下步骤：