一种粘附水凝胶及其制备方法技术

本发明专利技术提出一种粘附水凝胶及其制备方法，涉及高分子材料领域。该方法包括下述步骤：(1)将阳离子单体、光引发剂、阴离子组分和水混合，得前驱体溶液；(2)将上述前驱体溶液脱泡；(3)采用紫外光照射步骤(2)所得前驱体溶液，引发阳离子单体聚合，产生的阳离子单体聚合物与阴离子组分作用形成粘附水凝胶；其中，所述步骤(1)中，所述阴离子组分包括糖胺聚糖及其衍生物。本发明专利技术所述粘附水凝胶质地柔软，可用于粘附各种表面，粘附强度高，且具有自愈性能，提高了凝胶的实用性。

Adhesion hydrogel and preparation method thereof

【技术实现步骤摘要】
一种粘附水凝胶及其制备方法
本专利技术涉及高分子材料领域，具体涉及一种粘附水凝胶及其制备方法。
技术介绍
近年来，随着组织工程、生物医药、可穿戴柔性设备等领域的发展，水凝胶凭借其柔软湿润、形变能力强、生物相容性好的优点，在组织胶粘剂、人机界面等方面展示出了良好的应用前景。传统水凝胶表面是光滑的，与无机、有机物质的表面之间不存在粘附作用力，要使水凝胶应用在人体组织或电子器件表面，需用胶粘剂将水凝胶与基体进行粘合，但传统胶粘剂大部分具有毒性，不适宜接触皮肤使用，且其不具有弹性，不能随被粘附物的运动而产生形变，从而限制了水凝胶的应用。因此，研究人员探索出不同的制备方法使得水凝胶自身具有粘附能力，从而实现水凝胶与基体之间的粘附，拓宽其应用范围。Zhao等人(YukH,ZhangTetal.NatureMaterials,2015；15:190.)研制出一种具有强粘合性的粘附水凝胶，其强粘合性是由水凝胶和经过表面改性的基体间的共价锚定引起的，水凝胶可通过与被粘附表面的聚合物网络共价结合而粘附在玻璃、陶瓷等材料表面。此方法要求被粘附物质表面必须使用合适的锚定化学改性剂进行改性，处理过程复杂。Pang等人(BaikS,KimDWetal.Nature,2017；546(7658):396-400.)受章鱼启发，研制出了人造仿生、可在湿润/干燥粘合体系可逆使用的章鱼吸盘微结构粘合贴片。该粘附贴片不论何种环境，在硅晶片、玻璃上均表现出较强的、可逆的、高重复性的吸附效果。但此种粘附方式只适合相对平整的表面，对不规则表面的粘附能力不高，极大地限制了它的应用。聚离子复合物(PIC)凝胶是由带相反电荷的聚合物通过静电作用形成的水凝胶，其由于优异的机械性能和物理交联的特点，在高强凝胶、智能响应凝胶领域引起了广泛关注。然而，现有技术中的聚离子复合物凝胶，常采用“两步法”(阳离子单体与阴离子单体依次分别聚合)进行制备，过程较为复杂；且所得凝胶质地较为坚硬，不利于其牢固地粘附在不规则的固体表面。
技术实现思路
本专利技术提出一种粘附水凝胶及其制备方法，可一步制得所需粘附水凝胶，工艺简单，反应条件温和，且所得水凝胶粘附性能好，可牢固地粘附在不规则的固体表面。本专利技术提出一种粘附水凝胶的制备方法，通过光引发剂引发阳离子单体进行均聚，然后与阴离子组分共同作用形成具有互穿网络结构的水凝胶，该水凝胶既拥有良好的非特异性粘附能力，同时还具有较好的粘附强度和自愈能力。本专利技术提出一种粘附水凝胶的制备方法，包括下述步骤：(1)将阳离子单体、光引发剂、阴离子组分和水混合，得到前驱体溶液；(2)将上述前驱体溶液脱泡；(3)采用紫外光照射步骤(2)所得前驱体溶液，引发阳离子单体聚合，产生的阳离子单体聚合物与阴离子组分作用形成粘附水凝胶；其中，步骤(1)中，所述阴离子组分包括糖胺聚糖及其衍生物。进一步地，阴离子组分包括硫酸软骨素、硫酸角质素、硫酸皮肤素、硫酸乙酰肝素中的一种或两种以上。进一步地，步骤(1)中，阳离子单体为季铵盐型阳离子单体；优选的，季铵盐型阳离子单体包括丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、[3-(甲基丙烯酰胺基)丙基]三甲基氯化铵、(3-丙烯酰胺丙基)三甲基氯化铵中的一种。进一步地，步骤(1)中，阳离子单体、阴离子组分所带电荷的摩尔比为1：(0.05-1.25)；优选的，阳离子单体、阴离子组分的所带电荷摩尔比为1：(0.1-0.5)。进一步地，步骤(1)中，阳离子单体、光引发剂的摩尔比为1：(0.1％-0.5％)；优选的，光引发剂为酮戊二酸。进一步地，步骤(1)中，所述前驱体溶液所带电荷的浓度为1.5-3.5mol/L；优选的，所述前驱体溶液所带电荷的浓度为2-3mol/L；更优选的，所述前驱体溶液所带电荷的浓度为2.5mol/L。进一步地，步骤(2)具体为：将步骤(1)配制好的前驱体溶液先超声处理除去大气泡、然后真空处理、静置以除去微小气泡。进一步地，步骤(2)中，超声处理的时间为0.5-3h；真空处理的压力为-0.1MPa，时间为0.5-1.5h。进一步地，步骤(3)中，紫外光的光源波长为365nm，功率为300W，光照时间为9-13h。本专利技术还提出上述方法制备得到的粘附水凝胶。本专利技术具有如下有益效果：本专利技术添加阳离子单体及其光引发剂、阴离子组分，在紫外光引发下，阳离子单体聚合形成长链的阳离子聚合物，短链的阴离子组分可穿插在彼此缠绕的长链聚合物的空隙内，从而实现对于凝胶粘弹性能的调控，使凝胶质地柔软以适应各种复杂的固体表面；且形成的网络结构可维持凝胶形状，提高凝胶的粘附强度；阴、阳离子聚合物之间静电作用的可逆性使粘附凝胶具有自愈性，提高了凝胶的实用性。该水凝胶的制备方法工艺简单，不需要特殊设备，条件温和。同时，原料安全、无毒，无需要添加交联剂，简化了凝胶体系，避免了未反应的交联剂残留在凝胶中导致凝胶有毒。附图说明构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为不同阴阳离子配比凝胶流变数据，其中，图1(A)为应变扫描数据图，图1(B)为频率扫描数据图；G’表示储能模量，G”表示损耗模量；图2为搭接剪切强度试验示意图；图3为粘附水凝胶对不同物质粘附强度示意图，其中，图3(A)为不同阴阳离子电荷配比粘附水凝胶对不同无机物的粘附强度，图3(B)为不同阴阳离子电荷配比粘附水凝胶对不同有机物的粘附强度；图4为粘附水凝胶自愈性能演示的数码照片；图5为粘附水凝胶自愈性能的流变恢复表征图，其中，图5(A)为阴阳离子电荷比为0.1时凝胶的自愈性能流变表征图，图5(B)为阴阳离子离子电荷比为0.25时凝胶的自愈性能流变表征图，图5(C)为阴阳离子电荷比为0.5时凝胶的自愈性能流变表征图；图6为实施例不同阴阳离子电荷配比所得水凝胶SEM表征图；图7为实施例不同浓度对水凝胶粘附性能的影响，其中，图7(A)为不同浓度体系的成胶情况，图7(B)为不同浓度体系所得水凝胶基体表面贴合情况SEM表征图。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。本专利技术实施例提出一种粘附水凝胶的制备方法，包括下述步骤：(1)将阳离子单体、光引发剂、阴离子组分、水，混合，得前驱体溶液；(2)将上述前驱体溶液脱泡；(3)采用紫外光照射步骤(2)所得前驱体溶液，引发阳离子单体聚合，产生的阳离子聚合物与阴离子组分作用形成粘附水凝胶；其中，所述阴离子组分包括糖胺聚糖及其衍生物。本专利技术实施例采用“一步法”(阳离子单体均聚，并与短链的阴离子组分静电结合)制备聚离子复合物水凝胶，不同于现有技术聚离子复合物凝胶制备过程中高电荷浓度的前驱体溶液往往导致所制备的水凝胶质地本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种粘附水凝胶的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：/n(1)将阳离子单体、光引发剂、阴离子组分和水混合，得前驱体溶液；/n(2)将上述前驱体溶液脱泡；/n(3)采用紫外光照射步骤(2)所得前驱体溶液，引发阳离子单体聚合，产生的阳离子单体聚合物与阴离子组分作用形成所述水凝胶；/n其中，所述阴离子组分包括糖胺聚糖及其衍生物。/n

【技术特征摘要】
1.一种粘附水凝胶的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
(1)将阳离子单体、光引发剂、阴离子组分和水混合，得前驱体溶液；
(2)将上述前驱体溶液脱泡；
(3)采用紫外光照射步骤(2)所得前驱体溶液，引发阳离子单体聚合，产生的阳离子单体聚合物与阴离子组分作用形成所述水凝胶；
其中，所述阴离子组分包括糖胺聚糖及其衍生物。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述阴离子组分包括硫酸软骨素、硫酸角质素、硫酸皮肤素、硫酸乙酰肝素中的一种或两种以上。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述步骤(1)中，所述阳离子单体为季铵盐型阳离子单体；
优选的，所述季铵盐型阳离子单体包括丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、[3-(甲基丙烯酰胺基)丙基]三甲基氯化铵、(3-丙烯酰胺丙基)三甲基氯化铵中的一种。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述步骤(1)中，所述阳离子单体、所述阴离子组分所带电荷的摩尔比为1：(0.05-1.25)；
优选的，所述阳离子单体、所述阴离子组分的所带电荷摩尔比为1：(0.1-0.5)。

【专利技术属性】
技术研发人员：陈莉，邓泽鹏，何洋，江鹏，王彦杰，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12