一种新型小分子交联剂增韧水凝胶及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种新型小分子交联剂增韧水凝胶及其制备方法，所述新型小分子交联剂增韧水凝胶由水凝胶材料和小分子交联剂组成；其中，所述水凝胶材料由高分子聚合物作为基材组成；所述小分子交联剂为苯磺酸衍生物。本发明专利技术通过将苯磺酸衍生物引入到聚合物网络体系中，协同优化了水凝胶的网络结构及能量耗散机制，构建了具有高效能量耗散的均匀网络结构特征的水凝胶材料，使得水凝胶破坏的三维网络能够高效重建，显著改善了水凝胶的抗疲劳等力学性能。能。能。

【技术实现步骤摘要】
一种新型小分子交联剂增韧水凝胶及其制备方法


[0001]本专利技术属于水凝胶材料
，具体涉及到一种新型小分子交联剂增韧水凝胶及其制备方法。

技术介绍

[0002]水凝胶由于其在污水处理、农业、医疗保健、电子器件等领域有着巨大的发展前景而受到广泛的关注。其中，抗疲劳性能是评价高性能水凝胶的重要参数。然而，传统的水凝胶由于抗疲劳性能较差限制了其应用范围。为了提高凝胶的抗疲劳性能，目前主要通过在水凝胶聚合物网络结构里引入有效能量耗散机制。例如，Yang(Adv.Mater.,2018,30,1707071)报道了一种利用离子
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共价键交联的聚丙烯酰胺/壳聚糖(PAM/CS)水凝胶，通过使用MBA/Na3Cit作为双交联剂，利用离子键的断裂重组来耗散能量，从而改善了该水凝胶的抗疲劳性能。这种PAM/CS水凝胶在15min的恢复时间内恢复了67％的弹性模量(E)和50％的耗散能(DE)。在200％应变条件下，经过10次拉伸加载
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卸载循环后，PAM/CS水凝胶仍能保持约20％DE；Hu(Macromolecules,2016,49,5660)用粘土和Fe
3+
作为双交联剂制备了PAM/聚丙烯酸(PAM/PAA)水凝胶。这种PAM/PAA水凝胶在15min的恢复时间后仍能保持32％的E和35％的DE。在800％应变下，经过10次拉伸加载
‑
卸载循环后仍能保持较高的DE。上述方法尽管可以在一定程度上改善水凝胶的抗疲劳性能，但是忽略了水凝胶聚合物网络结构的均匀性对其抗疲劳性能的影响。因为不均匀的网络结构容易导致应力集中，进而加速对水凝胶网络的破坏，造成抗疲劳性能不佳。

技术实现思路

[0003]本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。
[0004]鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本专利技术。
[0005]本专利技术的一个目的是提供一种新型小分子交联剂增韧水凝胶，通过将苯磺酸衍生物引入到聚合物网络体系中，协同优化了水凝胶的网络结构及能量耗散机制，构建了具有高效能量耗散的均匀网络结构特征的水凝胶材料，使得水凝胶破坏的三维网络能够高效重建，显著改善了水凝胶的抗疲劳等力学性能。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供了如下技术方案：一种新型小分子交联剂增韧水凝胶，由水凝胶材料和小分子交联剂组成；
[0007]其中，所述水凝胶材料由高分子聚合物作为基材组成；
[0008]所述小分子交联剂为苯磺酸衍生物。
[0009]作为本专利技术新型小分子交联剂增韧水凝胶的一种优选方案，其中：所述高分子聚合物由高分子单体聚合而成，所述高分子单体包括丙烯酰胺、N
‑
叔丁基丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、丙烯酸、丙烯酸异辛酯丙烯酸异丁酯中的一种或多种。
[0010]作为本专利技术新型小分子交联剂增韧水凝胶的一种优选方案，其中：所述高分子聚合物的含量为水凝胶重量的5～40wt％。
[0011]作为本专利技术新型小分子交联剂增韧水凝胶的一种优选方案，其中：所述苯磺酸衍生物包括苯磺酸、苯磺酸纳、1
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氨基
‑2‑
萘酚
‑4‑
磺酸、间二甲苯
‑4‑
磺酸水合物、对氨基苯磺酸中的一种或多种。
[0012]作为本专利技术新型小分子交联剂增韧水凝胶的一种优选方案，其中：所述小分子交联剂加入量为高分子单体加入量的0.1～20wt％。
[0013]本专利技术的另一个目的是提供一种新型小分子交联剂增韧水凝胶的制备方法，包括，
[0014]将高分子单体溶解于水中；
[0015]加入小分子交联剂，混合均匀；
[0016]加入引发剂和催化剂，混合均匀；
[0017]将混合液保存2天得到新型小分子交联剂增韧水凝胶。
[0018]作为本专利技术新型小分子交联剂增韧水凝胶的制备方法的一种优选方案，其中：所述小分子交联剂加入量为高分子单体加入量的0.1～20wt％。
[0019]作为本专利技术新型小分子交联剂增韧水凝胶的制备方法的一种优选方案，其中：所述引发剂包括过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠中的一种或多种；所述引发剂加入量为高分子单体加入量的0.01～30wt％。
[0020]作为本专利技术新型小分子交联剂增韧水凝胶的制备方法的一种优选方案，其中：所述催化剂包括四甲基乙二胺、亚硫酸钠、硫代硫酸钠、L
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抗坏血酸、多元胺中的一种或多种；所述催化剂加入量为高分子单体加入量的0.01～35wt％。
[0021]作为本专利技术新型小分子交联剂增韧水凝胶的制备方法的一种优选方案，其中：所述制备方法的反应温度为
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20～80℃。
[0022]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0023]本专利技术公开了一种新型的苯磺酸衍生物小分子作为交联剂用于提高改善水凝胶的抗疲劳等力学性能。利用水溶性苯磺酸衍生物小分子与聚合物链之间的多重交联作用，协同优化了水凝胶的网络结构及其能量耗散能力，避免应力集中对水凝胶网络结构造成的破坏，同时提高了破坏的三维网络重建能力，从而实现提高水凝胶抗疲劳等力学性能的目的。
[0024]苯磺酸衍生物作为交联剂在水凝胶体系中的使用尚属首次。一方面，苯磺酸衍生物是一种水溶性小分子，使其更容易均匀地分散在水凝胶网络中。水溶性的小分子能很好地克服交联点在水凝胶内部网络中的不均匀分布，形成均匀的水凝胶网络。另一方面，利用苯磺酸衍生物与聚合物链之间的共价/氢键多重交联作用，赋予水凝胶高效的能量耗散模式，使得其破坏的网络能够快速重建。
[0025]本专利技术通过在水凝胶网络中协同实现均匀结构和高效的能量耗散的建立，为水凝胶提供一个承受应力、耗散能量和变形后网络重建的平台，进而提高了水凝胶的抗疲劳性能。
[0026]因此，本专利技术为开发具有良好抗疲劳性能的水凝胶提供新方法，推动了水凝胶在组织工程及柔性电子器件等领域的发展。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
[0028]图1为本专利技术实施例1的交联过程示意图；
[0029]图2为本专利技术实施例1制备的PAM/SA水凝胶的SEM图；
[0030]图3为本专利技术实施例1制备的PAM/SA水凝胶的FTIR图；
[0031]图4为本专利技术实施例1制备的PAM/SA水凝胶的XPS图；
[0032]图5为本专利技术实施例1制备的PAM/SA水凝胶在100％
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500％循环加载...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型小分子交联剂增韧水凝胶，其特征在于：由水凝胶材料和小分子交联剂组成；其中，所述水凝胶材料由高分子聚合物作为基材组成；所述小分子交联剂为苯磺酸衍生物。2.如权利要求1所述的新型小分子交联剂增韧水凝胶，其特征在于：所述高分子聚合物由高分子单体聚合而成，所述高分子单体包括丙烯酰胺、N
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叔丁基丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、丙烯酸、丙烯酸异辛酯丙烯酸异丁酯中的一种或多种。3.如权利要求2所述的新型小分子交联剂增韧水凝胶，其特征在于：所述高分子聚合物的含量为水凝胶重量的5～40wt％。4.如权利要求2或3所述的新型小分子交联剂增韧水凝胶，其特征在于：所述苯磺酸衍生物包括苯磺酸、苯磺酸纳、1
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氨基
‑2‑
萘酚
‑4‑
磺酸、间二甲苯
‑4‑
磺酸水合物、对氨基苯磺酸中的一种或多种。5.如权利要求4所述的新型小分子交联剂增韧水凝胶，其特征在于：所述小分子交联剂加入量为高分子单体加入量的0.1～20wt％...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡小赛，李子银，葛元宇，刘世文，朱骞，
申请(专利权)人：盐城工学院，
类型：发明
国别省市：