基于羟丙基α-环糊精和丙烯酰胺聚乙二醇丙烯酰胺的滑动材料的制备方法及应用技术

基于羟丙基α

【技术实现步骤摘要】
基于羟丙基
α
‑
环糊精和丙烯酰胺聚乙二醇丙烯酰胺的滑动材料的制备方法及应用


[0001]本专利技术属于聚合物凝胶领域，涉及到一种高弹性可拉伸材料的制备。尤其是羟丙基α
‑ꢀ
环糊精和丙烯酰胺
‑
聚乙二醇
‑
丙烯酰胺准轮烷的形成过程，与丙烯酰胺光引发形成封端聚轮烷的步骤，及其在人体交互式可穿戴传感器领域的应用。

技术介绍

[0002]水凝胶广泛用于各个领域，例如组织工程，药物和蛋白质的输送，化妆品和废物回收的吸收剂。许多应用对水凝胶的机械性能提出了越来越高的要求。但是，传统的化学聚合物凝胶由于其相对较弱的机械性能而只能被单轴拉伸1.2
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1.5倍就被破坏，因为它们的网络很难分散内应力。因此，科学家开发了一系列方法来改善聚合物水凝胶的机械性能。最常见的策略之一是将非共价力引入聚合物基体，这可以使网络轻松消散机械能，例如氢键，主体
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客体相互作用，疏水相互作用等。尽管这些通过非共价键交联的水凝胶(称为物理水凝胶)易于获得高弹性，但它们在长期使用过程中可能会溶解，并且在反复的伸缩过程中具有较大的滞后性。另一种策略是优化化学交联水凝胶的聚合物网络结构，使其易于分散内应力。一个非常典型的例子是双网络凝胶，其中两个具有不同链长的聚合物网络相互穿插，短链聚合物网络因能量耗散而破裂，但长链聚合物网络保持了高弹性，实践证明该凝胶具有优异的机械性能和良好的稳定性，优于物理聚合物水凝胶。然而，我们必须面对的一个严重问题是双网状凝胶水凝胶的制备方法通常较为复杂，极大地限制了其实际应用。
[0003]最近，由聚轮烷交联的聚合物网络和高溶剂含量组成的滑环凝胶被广泛认为是一种高弹性化学交联凝胶，其中的“环”与聚合物链可以在轴上自由滑动，从而使凝胶网络具有出色的内部应力分散能力。但是，类似于双网络凝胶的情况，滑环水凝胶的合成也极其困难，这主要是因为聚轮烷的合成效率低。以常用的PEG
‑
αCD聚轮烷的合成为例，其收率通常为5％
‑
10％。此外，在此过程中必须使用透析操作，这对工业化非常不利。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是解决上述传统的化学聚合物水凝胶的制备方法通常较为复杂，极大地限制了其实际应用的问题，提供一种新的高弹性滑环水凝胶及其制备方法。该滑环材料机械性能优异，在可穿戴式应变传感器领域具有广阔的应用前景。
[0005]本专利技术的技术方案如下：
[0006]基于羟丙基α
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环糊精和丙烯酰胺
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聚乙二醇
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丙烯酰胺(HyαCD
‑
ACA
‑
PEG
20000
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ACA) 的滑动材料，由单体羟丙基α
‑
环糊精(HyαCD)和丙烯酰胺
‑
聚乙二醇
‑
丙烯酰胺 (ACA
‑
PEG
20000
‑
ACA)构成。其中单体的结构分别如下：
[0007][0008]滑动材料聚合物HyαCD
‑
ACA
‑
PEG
20000
‑
ACA的结构参见附图7。所述滑动材料是先在水溶液中让ACA
‑
PEG
20000
‑
ACA与HyαCD形成准轮烷，由于ACA
‑
PEG
20000
‑
ACA单体两端具有双键，因此ACA
‑
PEG
20000
‑
ACA与HyαCD准轮烷就能够作为交联剂与丙烯酰胺溶液混合，加入光引发剂，光引发条件下形成三维网络结构，这时加入氢氧化钠强碱使 ACA
‑
PEG
20000
‑
ACA分子链上HyαCD与1,4丁二醇缩水甘油醚反应，这样就把HyαCD之间用1,4丁二醇缩水甘油醚桥连起来，因此就形成所述的滑动材料。
[0009]本专利技术进一步公开了基于羟丙基α
‑
环糊精和丙烯酰胺
‑
聚乙二醇
‑
丙烯酰胺 (HyαCD
‑
ACA
‑
PEG
20000
‑
ACA)的滑动材料的制备方法，包括以下步骤：
[0010](1)单体ACA
‑
PEG
20000
‑
ACA的合成；
[0011]首先，将1
‑
10g优选10g(5*10
‑4mol)干燥的聚乙二醇(PEG，20000)溶解在30
‑
120mL 优选120mL干燥CH2Cl2中，然后将12
‑
60mL优选50mL吡啶加入混合物中，并逐滴添加 80
‑
240mg优选240mg(1.26*10
‑3mol)对甲苯磺酰氯(TsCl)，在室温下搅拌过夜；将混合物用2.8
‑
3.2moL/mL HCl洗涤，并向有机相(盐酸中有水，其余均为有机相)中加入过量的固体碳酸氢钠，并搅拌直至没有发现气泡。
[0012]然后，过滤，将滤液干燥，用THF重结晶，然后除去溶剂，将产物溶解在145
‑
160mL 氨水中，并搅拌48
‑
60h；产物用80
‑
120mL CH2Cl2萃取，然后经10
‑
50g MgSO4干燥并过滤；然后，将产物溶于80
‑
120mL无水二氯甲烷中，加入上述产物摩尔当量的5
‑
10倍的三乙胺与上述产物摩尔当量5
‑
10倍的丙烯酰氯，于室温N2气保护下反应48h以上，最终，分离提纯，得到ACA
‑
PEG
20000
‑
ACA。
[0013](2)聚合物HyαCD
‑
ACA
‑
PEG
20000
‑
ACA水凝胶的合成，方法如下：
[0014]将195
‑
205mg ACA
‑
PEG
20000
‑
ACA溶入到9.5
‑
10.5mL去离子水中，再按照 ACA
‑
PEG
20000
‑
ACA：HyαCD＝1:0,1:5或1:10的比例加入HyαCD，超声处理后，室温静置，得到HyαCD
‑
ACA
‑
PEG
20000
‑
ACA准轮烷交联剂近透明悬浊液；
[0015]将0.9
‑
1.1mL摇匀的HyαCD
‑
ACA
‑
PEG
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一类基于羟丙基α
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环糊精和丙烯酰胺聚乙二醇丙烯酰胺(HyαCD
‑
ACA
‑
PEG
20000
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ACA)的滑动材料，其特征在于，由具有如下结构的单体构成：所述滑动材料是先在水溶液中让ACA
‑
PEG
20000
‑
ACA与HyαCD形成准轮烷，由于ACA
‑
PEG
20000
‑
ACA单体两端具有双键，因此ACA
‑
PEG
20000
‑
ACA与HyαCD准轮烷就能够作为交联剂与丙烯酰胺溶液混合，加入光引发剂，光引发条件下形成三维网络结构，这时加入氢氧化钠强碱使ACA
‑
PEG
20000
‑
ACA分子链上HyαCD与1,4丁二醇缩水甘油醚反应，这样就把HyαCD之间用1,4丁二醇缩水甘油醚桥连起来，因此就形成所述的滑动材料。2.权利要求1所述基于羟丙基α
‑
环糊精和丙烯酰胺聚乙二醇丙烯酰胺(HyαCD
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ACA
‑
PEG
20000
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ACA)的滑动材料的制备方法，其特征在于，包括：(1)单体ACA
‑
PEG
20000
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ACA的合成首先，将1
‑
10g干燥的聚乙二醇(PEG，20000)溶解在30
‑
120mL干燥CH2Cl2中，然后将12
‑
60mL吡啶加入混合物中，并逐滴添加80
‑
240mg对甲苯磺酰氯，在室温下搅拌过夜；将混合物用2.8
‑
3.2moL/mLHCl洗涤，并向有机相中加入过量的固体碳酸氢钠，并搅拌直至没有发现气泡；然后，过滤，将滤液干燥，用THF重结晶，然后除去溶剂，将产物溶解在145
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160mL氨水中，并搅拌48
‑
60h；产物用80
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120mL CH2Cl2萃取，然后经10
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50g MgSO4干燥并过滤；然后，将产物溶于80
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120mL无水二氯甲烷中，加入上述产物摩尔当量的5
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10倍的三乙胺与上述产物摩尔当量5
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10倍的丙烯酰氯，于室温N2气保护下反应48h以上，最终，分离提纯，得到ACA
‑
PEG
20000
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ACA；(2)聚合物HyαCD
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ACA
‑
PEG
20000
‑
ACA滑动材料的合成将195
‑
205mg ACA
‑
PEG
20000
‑
ACA溶入到9.5
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10.5mL去离子水中，再按照ACA
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PEG
20000
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ACA与Hy...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘育，王帅鹏，陈湧，王丽华，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：