[发明专利]一种柔性高拉伸的温敏、湿敏水凝胶及其制备方法与应用

说明书

本发明属于新型高分子功能材料领域，公开了一种柔性高拉伸的温敏、湿敏水凝胶及其制备方法与应用。所述水凝胶，主要由以下组分制得：盐类、甘油、改性壳聚糖、丙烯酰胺、N,N’‑亚甲基双丙烯酰胺、引发剂、凝胶促进剂和水；所述改性壳聚糖的制备方法为：将单羟基聚醚与二酸酐混合进行反应，再加入1‑(3‑二甲氨基丙基)‑3‑乙基碳二亚胺盐酸盐和N‑羟基琥珀酰亚胺活化剩余羧基，最后加入质子化壳聚糖溶液反应，透析，冷却干燥后制得。所述水凝胶具有良好的拉伸性能和机械强度，并具有稳定的湿度和温度传感性能。

技术领域

本发明属于新型高分子功能材料领域，特别涉及一种柔性高拉伸的温敏、湿敏水凝胶及其制备方法与应用。

背景技术

随着传感器技术的发展，人们对实时医疗监护、生物整合治疗、可穿戴显示器和轻量化移动电子设备的技术需求日益增长。但目前市售传感器多为刚性无机材料制成，不具备可弯曲、拉伸性能，限制了传感器在上述领域的应用。

近年来，柔性可拉伸传感材料被广泛研究与报道，其中水凝胶传感器成为研究者最感兴趣的课题之一。水凝胶是一种通过化学或物理交联形成的三维网格结构的高分子聚合物，含有大量水并具有一定形态。根据水凝胶对外界刺激的响应情况可分为传统的水凝胶和环境敏感的水凝胶两大类。传统的水凝胶对环境的变化如温度或湿度等的变化不敏感，而环境敏感的水凝胶是指自身能感知外界环境(如温度、湿度、pH、光、电、压力等)微小的变化或刺激，并能产生相应的物理结构和化学性质变化甚至突变的一类高分子凝胶，其中以温敏、湿敏水凝胶最为典型。此类凝胶的突出特点是在对环境的响应过程中其溶胀行为有显著的变化，在传感器、控释开关等领域有着广泛的应用。

现有技术下常见温敏和湿敏水凝胶的制备利用天然的湿度敏感性材料(如琼脂)和导电聚合物(如聚吡咯纳米颗粒)构筑而成，尽管在湿度响应和温度响应性能上取得了一些重要的成果，但由于聚吡咯纳米颗粒等导电聚合物用于凝胶后其导电性能不稳定，且制备方法复杂等问题，极大程度限缩了水凝胶传感器的应用范围。除此之外，琼脂等天然水凝胶拉伸性能和机械强度较差，这也在极大程度上限制了水凝胶传感器的实际应用。因此用一种简单的方法制备出高拉伸性，且具有较稳定湿度和温度传感性能的水凝胶仍然是一个巨大的挑战。

发明内容

本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种柔性高拉伸的温敏、湿敏水凝胶及其制备方法与应用，所述水凝胶具有良好的拉伸性能和机械强度，并具有稳定的湿度和温度传感性能。

一种水凝胶，主要由以下组分制得：盐类、甘油、改性壳聚糖、丙烯酰胺、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺、引发剂、凝胶促进剂和水；

所述改性壳聚糖的制备方法为：将单羟基聚醚与二酸酐混合进行反应，再加入1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和N-羟基琥珀酰亚胺活化剩余羧基，最后加入质子化壳聚糖溶液反应，透析，冷却干燥后制得。

优选的，所述盐类选自氯化钾；所述引发剂选自过硫酸铵；所述凝胶促进剂选自四甲基乙二胺。

优选的，所述改性壳聚糖的制备方法中，所述单羟基聚醚与二酸酐的摩尔比为(1-3):1；所述1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐与N-羟基琥珀酰亚胺的摩尔比为(1-3):1；所述质子化壳聚糖溶液浓度为10-20g/L。

优选的，所述改性壳聚糖的制备方法中，所述单羟基聚醚与二酸酐混合反应的时间为4-24h；所述1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和N-羟基琥珀酰亚胺活化剩余羧基的时间为10-40min；所述加入质子化壳聚糖溶液反应的时间为4-24h。

优选的，所述改性壳聚糖的制备方法中，所述质子化壳聚糖溶液为使用醋酸或盐酸调节壳聚糖水溶液的pH＜5制得。

优选的，按重量百分数计，所述水凝胶由以下组分组成：

上述水凝胶的制备方法，包括以下步骤：