力学和荧光性能可调的抗溶胀高强韧水凝胶及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了力学和荧光性能可调的抗溶胀高强韧水凝胶及其制备方法与应用，所述制备方法如下：将合成的(Z)

【技术实现步骤摘要】
力学和荧光性能可调的抗溶胀高强韧水凝胶及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及一种水凝胶，具体涉及一种力学和荧光性能可调的抗溶胀高强韧水凝胶及其制备方法与在溶剂检测器中的应用。

技术介绍

[0002]水凝胶是一种包含水的三维网络结构高分子材料。因其具有良好柔韧性、组成单体的可设计性、以及在水中溶胀但不溶解的性质，水凝胶在传感器、组织工程和成像探针等领域具有重要研究意义。但是传统水凝胶具有力学性能差、易过度溶胀和功能性缺乏的问题，这限制了水凝胶的实际应用。
[0003]荧光水凝胶作为一种具有发光性能的水凝胶，通过改变荧光单体或者激发环境可以改变水凝胶的状态以及荧光发射光谱强度或波长的变化，从而让影响因素可视化，因此荧光水凝胶受到了广泛的研究。然而，荧光水凝胶也存在力学性能较弱的问题，但随着水凝胶应用研究的深入，人们对其力学性能和功能性能都提出了更高的要求。
[0004]目前已有多种高强韧水凝胶的制备策略，如双网络水凝胶、超分子水凝胶、纳米复合水凝胶、拓扑结构水凝胶和疏水缔合水凝胶等。其中，疏水缔合水凝胶是利用疏水相互作用以形成物理交联点从而增韧的水凝胶，可以在亲水聚合物中引入疏水单体来实现。这疏水缔合交联点作为动态交联点，既可以增加交联密度从而提到水凝胶机械强度，又可以在受到外力时滑动展开以耗散能量从而增强水凝胶的韧性。
[0005]含有大量亲水基团的水凝胶通常是在非平衡溶胀状态制备，其在水环境中会进一步溶胀，聚合物链与水分子的作用力增强并削弱了聚合物链之间的分子间作用力。溶胀水凝胶体积膨胀的同时导致力学性能显著降低，这影响了水凝胶在组织工程等存在水环境中的应用。根据溶胀平衡的理论，构建抗溶胀水凝胶方法通常是基于双网络、多重交联、纳米复合、超分子、多重氢键、点击化学等策略调节水凝胶中的亲/疏水性、交联密度或单体的含量及组分等，但是构建的抗溶胀水凝胶大多仅提高了水凝胶的力学性能和水中的稳定性，缺乏功能性或者较少将功能性与抗溶胀性能相结合。
[0006]疏水缔合水凝胶的抗溶胀性能是相对于水环境而言的，所以疏水缔合抗溶胀水凝胶在疏水单体可溶解的溶剂中体积会发生变化，即疏水缔合机制带来的可抗溶胀性能可赋予了水凝胶溶剂响应性。当疏水单体为具有荧光功能的席夫碱疏水单体时，水凝胶体积变化使得疏水功能单体聚集程度发生变化，从而影响水凝胶的荧光性能，即实现水凝胶的溶剂响应性与荧光性能相关联。
[0007]然而，将席夫碱疏水单体引入水凝胶体系的制备过程受到水环境的限制。中国专利技术专利202010893208.6采用胶束共聚法，将含吡啶环酰腙类席夫碱单体用吐温80包裹后，进行原位聚合得到水凝胶，成功使得席夫碱疏水单体引入了水凝胶体系。但是此种方法中，不同的疏水单体的种类和添加量可能受到表面活性剂的种类限制，并且由于疏水单体都先被表面活性剂包裹形成稳定的胶束再进行聚合，该水凝胶易在水于溶胀，无法长时间应用
于水下环境，难以实现溶剂响应性。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于赋予了水凝胶抗溶胀性，并且提高水凝胶的力学性能和水中的稳定性；提供一种力学和荧光性能可调的抗溶胀高强韧水凝胶及其制备方法。
[0009]本专利技术另一目的在于将溶剂响应性和荧光性能相关联，提供所述力学和荧光性能可调的抗溶胀高强韧水凝胶在溶剂检测器中的应用。
[0010]为实现以上目的，本专利技术提出以下技术方案：
[0011]力学和荧光性能可调的抗溶胀高强韧水凝胶，由有机凝胶浸泡于去离子水中2～3天进行溶剂交换后再浸泡于金属离子溶液中6～12h得到；所述的有机凝胶由(Z)
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N
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(4
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(2
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(喹啉
‑2‑
亚甲基)肼
‑1‑
羰基)苯基)甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸、丙烯酸正丁酯、聚乙二醇二丙烯酸酯在第三有机溶剂中混合均匀，充入氮气后加入引发剂，在65～75℃下聚合4～10h得到；(Z)
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N
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(4
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(2
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(喹啉
‑2‑
亚甲基)肼
‑1‑
羰基)苯基)甲基丙烯酰胺由(Z)
‑4‑
氨基
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N'
‑
(喹啉
‑2‑
亚甲基)苯肼和三乙胺溶于第二有机溶剂中，搅拌均匀后滴加甲基丙烯酰氯，在氮气氛围下反应后提纯得到；(Z)
‑4‑
氨基
‑
N'
‑
(喹啉
‑2‑
亚甲基)苯肼由对氨基苯甲酰肼和喹啉
‑2‑
甲醛加入到第一有机溶剂中，滴加冰醋酸，在氮气保护下80～90℃搅拌反应后提纯得到。
[0012]所述的力学和荧光性能可调的抗溶胀高强韧水凝胶的制备方法，包括如下步骤：
[0013]1)将对氨基苯甲酰肼和喹啉
‑2‑
甲醛加入到第一有机溶剂中，滴加催化剂冰醋酸，在氮气保护下80～90℃搅拌反应24～48h；反应结束后过滤得到粗产物，洗涤，干燥得(Z)
‑4‑
氨基
‑
N'
‑
(喹啉
‑2‑
亚甲基)苯肼；
[0014]2)将(Z)
‑4‑
氨基
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N'
‑
(喹啉
‑2‑
亚甲基)苯肼和三乙胺溶于第二有机溶剂中，搅拌均匀后滴加甲基丙烯酰氯，在氮气氛围下50～70℃反应12～24h；反应结束后沉淀，过滤得到粗产物，然后重结晶，干燥得到(Z)
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N
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(4
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(2
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(喹啉
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亚甲基)肼
‑1‑
羰基)苯基)甲基丙烯酰胺；
[0015]3)将(Z)
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N
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(4
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(2
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(喹啉
‑2‑
亚甲基)肼
‑1‑
羰基)苯基)甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸、丙烯酸正丁酯、聚乙二醇二丙烯酸酯在第三有机溶剂中混合均匀，充入氮气后加入引发剂，在65～75℃下聚合4～10h，得到有机凝胶；
[0016]4)室温下将有机凝胶浸泡于去离子水中2～3天进行溶剂交换，每12～24h换一次水，得到水凝胶；
[0017]5)室温下将水凝胶浸泡于金属离子溶液中6～12h，得到力学和荧光性能可调的抗溶胀高强韧水凝胶。
[0018]为进一步实现本专利技术的目的，优选地，步骤1)中，对氨基苯甲酰肼和喹啉
‑2‑
甲醛的摩尔比为1:1，每毫摩尔的对氨基苯甲酰肼加入冰醋酸的量为0.02～0.04ml。
[0019]优选地，步骤2)中，所述的(Z)
‑4‑
氨基
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N'
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(喹啉
‑2‑
亚甲基)苯肼和甲基丙烯酰氯的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.力学和荧光性能可调的抗溶胀高强韧水凝胶，其特征在于，由有机凝胶浸泡于去离子水中2～3天进行溶剂交换后再浸泡于金属离子溶液中6～12h得到；所述的有机凝胶由(Z)
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N
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(4
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(2
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(喹啉
‑2‑
亚甲基)肼
‑1‑
羰基)苯基)甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸、丙烯酸正丁酯、聚乙二醇二丙烯酸酯在第三有机溶剂中混合均匀，充入氮气后加入引发剂，在65～75℃下聚合4～10h得到；(Z)
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N
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(4
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(2
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(喹啉
‑2‑
亚甲基)肼
‑1‑
羰基)苯基)甲基丙烯酰胺由(Z)
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氨基
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N'
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(喹啉
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亚甲基)苯肼和三乙胺溶于第二有机溶剂中，搅拌均匀后滴加甲基丙烯酰氯，在氮气氛围下反应后提纯得到；(Z)
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氨基
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N'
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(喹啉
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亚甲基)苯肼由对氨基苯甲酰肼和喹啉
‑2‑
甲醛加入到第一有机溶剂中，滴加冰醋酸，在氮气保护下80～90℃搅拌反应后提纯得到。2.权利要求1所述的力学和荧光性能可调的抗溶胀高强韧水凝胶的制备方法，其特征在于包括如下步骤：1)将对氨基苯甲酰肼和喹啉
‑2‑
甲醛加入到第一有机溶剂中，滴加催化剂冰醋酸，在氮气保护下80～90℃搅拌反应24～48h；反应结束后过滤得到粗产物，洗涤，干燥得(Z)
‑4‑
氨基
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N'
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(喹啉
‑2‑
亚甲基)苯肼；2)将(Z)
‑4‑
氨基
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N'
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(喹啉
‑2‑
亚甲基)苯肼和三乙胺溶于第二有机溶剂中，搅拌均匀后滴加甲基丙烯酰氯，在氮气氛围下50～70℃反应12～24h；反应结束后沉淀，过滤得到粗产物，然后重结晶，干燥得到(Z)
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N
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(4
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(2
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(喹啉
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亚甲基)肼
‑1‑
羰基)苯基)甲基丙烯酰胺；3)将(Z)
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N
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(4
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(2
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(喹啉
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亚甲基)肼
‑1‑
羰基)苯基)甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸、丙烯酸正丁酯、聚乙二醇二丙烯酸酯在第三有机溶剂中混合均匀，充入氮气后加入引发剂，在65～75℃下聚合4～10h，得到有机凝胶；4)室温下将有机凝胶浸泡于去离子水...

【专利技术属性】
技术研发人员：瞿金清，何锦德，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：