[发明专利]一种高强度复合水凝胶的制备方法

说明书

本发明提供了一种高强度复合水凝胶的制备方法。首先将1‑乙烯基咪唑与单体A(1,2‑二溴乙烷、1,3‑二溴丙烷、1,4‑二溴丁烷等)进行偶联反应得到交联剂A，然后将3‑[2‑(甲基丙烯酰氧基)乙基]三甲铵基]丙烷‑1‑磺酸盐(MPS)、单体B(含乙烯基的咪唑溴盐)、交联剂A和水溶性光引发剂加入水中，N₂保护下紫外光诱导聚合反应，建立共价键交联和离子相互作用的聚离子液体水凝胶，采用金属离子盐溶液浸泡聚离子液体水凝胶，浸泡过程中，金属离子与咪唑活性位点螯合，得到高强度复合水凝胶。本发明所制备的水凝胶具有优异的自修复性和力学性能，并且抗菌性能良好，在生物工程、金属催化等方面具有潜在的应用价值。

技术领域

本发明涉及一种高强度复合水凝胶，具体地，涉及一种高强度双网络的自修复水凝胶的制备方法。

背景技术

水凝胶是由亲水性聚合物通过化学或者物理交联的方式形成的具有三维网络结构的材料。水凝胶具有亲水性、含水量高、刺激响应性等特点，通过引入功能性单体、聚合物或者负载小分子，可以赋予水凝胶更多的功能性，在生物医学和金属催化等领域具有广泛的应用。大多数水凝胶的强度和韧性较差，对外部机械力的抵抗能力较弱，一定程度上限制了水凝胶的应用范围。通过相对简单的方法制备力学性能较好的水凝胶一直是研究者需要解决的主要问题之一。

互穿网络水凝胶具有相对较特殊的制备方法，一般通过先后聚合两种或者多种独立的聚合物，使其相互穿插形成互穿网络结构。相比于共聚物或均聚物制备的水凝胶，互穿网络水凝胶具有更好的力学性能。物理交联水凝胶是通过非共价键，如氢键、范德华力、金属配位等形成的聚合物网络，这种物理交联点一般是动态可逆的，受到破坏后可在一定的条件下进行自修复。化学交联水凝胶是通过共价键进行交联，破坏后不能重建。通过化学和物理交联的杂化交联水凝胶，结合了物理交联水凝胶的自修复性能和化学交联水凝胶的力学性能，具有更好的综合性能。中国发明专利CN106750478B首先制备了具有咪唑活性位点的明胶水凝胶，之后采用二价金属离子盐溶液浸泡明胶水凝胶，使二价金属离子与咪唑活性位点配位，制备了高强度双网络抗菌水凝胶。

发明内容

本发明的目的是提供一种高强度复合水凝胶的制备方法，制备方法简单，水凝胶室温下可自修复，力学性能优异，且具有一定的抗菌性能，在生物工程、金属催化等方面具有潜在的应用价值。

为达到上述目的，本发明所提供的自修复抗菌水凝胶，是以含阴阳离子官能团的交联聚离子液体形成第一网络结构，将金属离子配位咪唑活性位点构筑第二网络，建立共价键交联网络、金属配位作用和离子相互作用，形成高强度、自修复的复合水凝胶。

本发明中提供的一种高强度复合水凝胶的制备方法，包括如下步骤：

(1)将1-乙烯基咪唑与单体A按照一定比例溶解到溶剂中，混合均匀，在N₂保护下60～80℃进行偶联反应，得到交联剂A；

(2)将3-[2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]三甲铵基]丙烷-1-磺酸盐(MPS)、单体B、交联剂A和水溶性光引发剂加入水中，充分混合均匀，N₂保护下紫外光诱导聚合反应，得到基于共价键交联和离子相互作用的聚离子液体水凝胶；

(3)采用金属离子盐溶液浸泡聚离子液体水凝胶，浸泡过程中，金属离子与咪唑活性位点螯合，浸泡结束之后用去离子水洗涤，得到高强度复合水凝胶，实验方法简单，生物相容性好，可用于规模化生产；

所述单体A为1,2-二溴乙烷、1,3-二溴丙烷、1,4-二溴丁烷、1,5-二溴戊烷、1,6-二溴己烷、1,7-二溴庚烷、1,8-二溴辛烷、1,9-二溴壬烷、1,10-二溴癸烷等中的任一种；

所述单体B为1-乙烯基-3-乙基咪唑溴盐、1-乙烯基-3-丁基咪唑溴盐、1-乙烯基-3-己基咪唑溴盐或1-乙烯基-3-辛基咪唑溴盐中的任一种；

优化地，所述步骤(1)中，1-乙烯基咪唑与单体A摩尔比2:1；溶剂用量为单体总摩尔数的1～5倍；