一种高强度自愈合水凝胶及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高强度自愈合水凝胶及其制备方法，将氢键受体、氢键供体和交联剂混合后于70～100℃混合搅拌至透明澄清的液体，得到深共晶溶剂；在不低于35℃下将引发剂、β

【技术实现步骤摘要】
一种高强度自愈合水凝胶及其制备方法


[0001]本专利技术属于材料
，具体涉及一种自愈合水凝胶及其制备方法。

技术介绍

[0002]传统的自愈合水凝胶愈合速度慢、条件苛刻且大多数水凝胶不能同时具备高愈合率和高强度的特点。机械强度低限制了自愈合水凝胶的承压应用，无法用于软骨和组织工程支架等承载应力的应用。而机械强度高自愈合性能低的水凝胶，在材料被破坏时不能及时愈合，使材料寿命降低。
[0003]水凝胶的自愈合率主要取决于凝胶网络中的动态键，动态键主要分为动态非共价键与动态共价键，动态非共价键作用构建的水凝胶具有超高的自愈合率，但机械强度较差，制备出的水凝胶不能承压。动态共价键作用构建的水凝胶具有良好的机械性能，但共价键作用力强，成键速度慢且在一定条件下(如：光、热、湿度刺激等)可发生可逆交换，使水凝胶自愈合率降低，且愈合速度减慢。
[0004]目前利用深共晶溶剂(DES)制备自愈合水凝胶来提高水凝胶的愈合速度方法有：
[0005]1、通过外界刺激来加快愈合过程(例如磁场、酸碱度等)；
[0006]2、通过改变水凝胶的愈合机制(例如疏水结合)；
[0007]3、通过人为在破损处引入愈合层以加速水凝胶中的分子扩散；
[0008]4、通过降低水凝胶的刚度以提升愈合面的接触面积；
[0009]5、通过增加愈合环境温度以加速水凝胶中的分子扩散
[0010]以上方法需要耗费很大的精力，花费更多的原料，所使用的设备仪器冗杂，同时操作起来较为困难。如何利用常规的原料和简单的设备制备得到兼具高愈合率和高强度的水凝胶成为亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0011]本专利技术目的之一在于提供一种可快速愈合且具有优异力学性能的水凝胶；本专利技术目的之二在于利用少量常规的药品以及简单设备的前提下，制备得到具备高愈合率和高强度的水凝胶。
[0012]为达到上述目的，采用方案如下：
[0013]一种高强度自愈合水凝胶的制备方法，包括如下步骤：
[0014](1)将氢键受体、氢键供体和交联剂混合后于70～100℃混合搅拌至透明澄清的液体，得到深共晶溶剂；
[0015](2)在不低于35℃下将引发剂、β
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环糊精先后加入至所得深共晶溶剂中，搅拌均匀以形成混合物溶液；将形成的混合物溶液转移到管型反应器中，采用热源对反应器加热引发聚合反应，然后撤离热源，直到整个反应器内深共晶溶剂液体全部转化为聚合物凝胶；
[0016](3)将所得聚合物凝胶用蒸馏水浸泡洗涤，再经冷冻干燥即得β
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环糊精填充的水凝胶。
[0017]按上述方案，步骤1中所述氢键受体为氯化胆碱。
[0018]按上述方案，步骤1中所述氢键供体为丙烯酰胺、丙烯酸的混合；二者混合时的摩尔比为1:1。
[0019]按上述方案，步骤1中所述交联剂为N,N
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亚甲基双丙烯酰胺二乙烯基苯乙烯、二甲基丙烯酸聚乙二醇酯、4,4
’‑
二甲基丙烯酰氨基偶氮苯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯中的一种。
[0020]按上述方案，步骤1中氢键受体、氢键供体化合物的摩尔比为1:(2～3)。
[0021]按上述方案，步骤1中交联剂的用量为深共晶溶剂总质量的0.5～1.0％。
[0022]按上述方案，步骤2中所述引发剂为过硫酸钾过硫酸铵、偶氮二异丁腈、过氧化二苯甲酰、过氧化十二酰中的一种；用量为深共晶溶剂总质量的0.3～0.5％。
[0023]按上述方案，步骤2中所述β
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环糊精的用量为深共晶溶剂总质量的0.2～2.0％。
[0024]按上述方案，步骤2中采用热源对所述管型反应器的上端或下端加热。
[0025]本专利技术还提供了一种高强度自愈合水凝胶，采用上述方案制备得到。
[0026]相对于现有技术，本专利技术的有益效果如下：
[0027]1、本专利技术首先将交联剂(固体粉末)、氢键供体化合物(固体粉末)和氢键受体化合物(固体粉末)混合加热得到稳定的无毒的室温深共晶溶剂液体，然后采用该室温深共晶溶剂液体作为前端聚合的单体和介质进行前端聚合合成填充水凝胶，所选用的药品均为固体，无需其他液体溶剂来溶解就可以均匀的进行前端聚合反应。
[0028]2、添加了β
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环糊精，提高了水凝胶中的氢键密度，很大程度上增加了键交换率，导致水凝胶自愈合率增加。本专利技术通过添加填料来增加水凝胶中的氢键密度，在增加水凝胶的愈合率、愈合速度的同时，还增加了水凝胶的最大抗压强度。
[0029]3、所制备的水凝胶稳定无毒，且洗涤后剩余的液体经过处理可以得到重复利用的氯化胆碱，降低成本，绿色环保。
附图说明
[0030]图1：实施例1
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4及对比例所得水凝胶的自愈合曲线；
[0031]图2：实施例1
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4及对比例所得水凝胶的压缩曲线。
具体实施方式
[0032]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0033]具体实施方式中提供了一种高强度自愈合水凝胶的制备方法：
[0034](1)将氢键受体、氢键供体和交联剂混合后于70～100℃混合搅拌至透明澄清的液体，得到深共晶溶剂；将交联剂(固体粉末)、氢键供体化合物(固体粉末)和氢键受体化合物(固体粉末)混合加热得到稳定的无毒的室温深共晶溶剂液体，然后采用该室温深共晶溶剂液体作为前端聚合的单体和介质进行前端聚合合成填充水凝胶，所选用的药品均为固体，
无需其他液体溶剂来溶解就可以均匀的进行前端聚合反应。
[0035](2)在不低于35℃下将引发剂、β
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环糊精先后加入至所得深共晶溶剂中，搅拌均匀以形成混合物溶液；将形成的混合物溶液转移到管型反应器中，采用热源对反应器加热引发聚合反应，然后撤离热源，直到整个反应器内深共晶溶剂液体全部转化为聚合物凝胶；添加了β
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环糊精，提高了水凝胶中的氢键密度，很大程度上增加了键交换率，导致水凝胶自愈合率增加。本专利技术通过添加填料来增加水凝胶中的氢键密度，在增加水凝胶的愈合率、愈合速度的同时，还增加了水凝胶的最大抗压强度。
[0036](3)将所得聚合物凝胶用蒸馏水浸泡洗涤，再经冷冻干燥即得β
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环糊精填充的水凝胶；所制备的水凝胶稳定无毒，且洗涤后剩余的液体经过处理可以得到重复利用的氯化胆碱，降低成本，绿色环保。
[0037]具体实施方式中，关于各原料的选择如下：
[0038]采用氢键受体为氯化胆碱。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强度自愈合水凝胶的制备方法，其特征在于包括如下步骤：(1)将氢键受体、氢键供体和交联剂混合后于70～100℃混合搅拌至透明澄清的液体，得到深共晶溶剂；(2)在不低于35℃下将引发剂、β
‑
环糊精先后加入至所得深共晶溶剂中，搅拌均匀以形成混合物溶液；将形成的混合物溶液转移到管型反应器中，采用热源对反应器加热引发聚合反应，然后撤离热源，直到整个反应器内深共晶溶剂液体全部转化为聚合物凝胶；(3)将所得聚合物凝胶用蒸馏水浸泡洗涤，再经冷冻干燥即得β
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环糊精填充的水凝胶。2.如权利要求1所述高强度自愈合水凝胶的制备方法，其特征在于步骤1中所述氢键受体为氯化胆碱。3.如权利要求1所述高强度自愈合水凝胶的制备方法，其特征在于步骤1中所述氢键供体为丙烯酰胺、丙烯酸的混合；二者混合时的摩尔比为1:1。4.如权利要求1所述高强度自愈合水凝胶的制备方法，其特征在于步骤1中所述交联剂为N,N
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亚甲基双丙烯酰胺二乙烯基苯乙烯、...

【专利技术属性】
技术研发人员：李彬，周梦静，徐晓佳，郝文瑞，刘积桢，胡志刚，
申请(专利权)人：武汉轻工大学，
类型：发明
国别省市：