[发明专利]双网络水凝胶、双网络磁性水凝胶及其制备方法和应用

说明书

本申请公开了一种双网络水凝胶、双网络磁性水凝胶及其制备方法和应用，所述方法至少包括：(1)将含有丙烯酰胺类化合物、引发剂、交联剂和海藻酸盐的物料I，反应I，得到中间产物I；(2)将含有中间产物I和金属源的物料II，反应II，得到所述双网络水凝胶。本申请提供的双网络水凝胶的制备方法简单，得到的水凝胶具有多孔的网络结构，且可以被拉伸到至少原来的十倍而不破裂。

技术领域

本申请涉及一种双网络水凝胶、双网络磁性水凝胶及其制备方法和应用，属于水凝胶领域。

背景技术

近年来，外磁场响应的磁性水凝胶的研究取得了重大进展。磁性水凝胶是由嵌入磁性纳米粒子(MNPs)和水凝胶基质复合而成的智能水凝胶。γ-Fe₂O₃、Fe₃O₄、CoFe₂O₄等磁性粒子可以快速响应外部磁场，增强其可控性。水凝胶基质由海藻酸盐、聚丙烯酰胺、氨基酸、壳聚糖和聚乙烯醇等天然或合成材料制成，具有良好的力学性能。与pH、温度等常规刺激相比，磁响应具有操作远、生物相容性好、响应快、操作方便等特点。由于这些优良的特性，磁性水凝胶在软机器人技术、药物传输和生物医学等领域具有广阔的应用前景。然而，现有的磁性水凝胶大多数弹性不高，力学性能差，易拉伸。这都限制了磁性水凝胶在实际中的应用。磁性水凝胶的韧性、延展性等力学性能主要受合成方法的影响。目前，制备磁性水凝胶的方法主要包括直接混合法、原位合成法和接枝法。直接混合法的特点是步骤简单，但是合成的磁性水凝胶韧性和刚性都较低。接枝法是将水凝胶基质和磁性纳米颗粒进行共价偶联，但由于制备过程复杂、制备周期长、成本高，限制了其应用。

发明内容

根据本申请的第一个方面，提供了一种双网络水凝胶的制备方法，制备方法简单，得到的双网络水凝胶具有多孔的网络结构，且可以被拉伸到至少原来的十倍而不破裂。

本申请还采用了一种简单通用的原位合成方法，制备出了韧性强、延展性好的磁性水凝胶。

根据本申请的第一方面，提供了一种双网络水凝胶的制备方法，所述方法至少包括：

(1)将含有丙烯酰胺类化合物、引发剂、交联剂和海藻酸盐的物料I，反应I，得到中间产物I；

(2)将含有中间产物I和金属源的物料II，反应II，得到所述双网络水凝胶。

可选地，所述反应I的条件为：反应温度为20～40℃；反应时间为1～3h；

所述反应II的条件为：反应温度为40～60℃；反应时间为0.5～2h。

可选地，所述海藻酸盐选自海藻酸钠、海藻酸钙、海藻酸钾中的至少一种。

可选地，所述引发剂选自无机过氧化物引发剂；

所述交联剂选自分子内含有多个不饱和双键的化合物；

所述金属源选自金属Ba的可溶性盐、金属Sr的可溶性盐、金属Ca的可溶性盐中的至少一种；

所述丙烯酰胺类化合物选自丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺中的至少一种。

优选地，所述交联剂选自N,N-亚甲基双丙烯酰胺、二乙烯基苯、二异氰酸酯中的至少一种；

所述金属源选自硫酸钙、氯化锶、氯化钡中的至少一种。

可选地，所述引发剂选自过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠中的至少一种。

可选地，所述丙烯酰胺类化合物、海藻酸盐和金属源的质量比为1.1～1.83:0.13～0.31:0.04～0.06；

其中，所述金属源的质量以其含有的金属元素的质量计算。

可选地，交联剂在所述物料I中的体积含量为3％-5％。