基于纯化学反应实现动力学稳定凝胶临时修复性的方法技术

本发明专利技术属于凝胶自修复领域，具体涉及一种基于纯化学反应实现动力学稳定凝胶临时修复性的方法。本发明专利技术采用碱性化合物来调控含有酰腙键和亚胺键凝胶材料的动力学稳定性，该类凝胶材料在碱性条件下能够获得动力学稳定的状态，受到损伤后，在受损断面处涂抹酸性化学燃料可实现可逆共价键的快速形成从而进行结构修复，后续复分解反应生成的CO2会以能量耗散的方式缓慢释放出去，促使体系的pH值升高，使材料回到动力学稳定状态，以实现材料的功能修复，以此构建了一种纯化学反应调控动力学稳定防冻凝胶材料临时修复性的方法。防冻凝胶材料临时修复性的方法。防冻凝胶材料临时修复性的方法。

【技术实现步骤摘要】
基于纯化学反应实现动力学稳定凝胶临时修复性的方法


[0001]本专利技术属于凝胶自修复领域，具体涉及一种基于纯化学反应实现动力学稳定凝胶临时修复性的方法。

技术介绍

[0002]公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003]生命体作为自然界最完美的物质，是一个集多种功能于一体的复杂系统。以人类最大的器官——皮肤为例，它的功能包括保护、体温调节、呼吸和自愈合等。合成材料中多种功能的有效整合也是科学家们努力追求的目标。对于广泛应用于化工、医疗、电子等领域的合成凝胶材料，最理想的模式是集多种功能于一身，如适当的机械强度、良好的抗冻性、高的动力学稳定性、自愈合能力等。其中，动力学稳定性和自愈合能力是一对难以调和的关键因素。利用微胶囊和微血管包覆愈合剂的外植型可修复材料的出现，满足了固体聚合物和复合材料对动力学稳定性和自愈合能力同时兼容的要求。然而，填充材料与体相材料之间可怕的机械性能失配极大地限制了外植型可修复策略在软凝胶中的应用。相比之下，基于可逆共价键或超分子相互作用的本征型可修复材料由于其制备简单且可实现同一位置多次修复的优势更加适合于受损凝胶的修复。但是，本征型自修复策略也具有致命的弱点，分别是(1)动力学稳定性差，可能会导致材料发生形状改变、蠕变和不期待的自融合现象；(2)修复能力会随着受损滞留时间的延长而降低。外部刺激(例如光、热)介导的策略可以帮助固体薄膜和涂层实现修复，从而避免上述问题的产生。然而，这种介导策略不仅容易加速材料内部溶剂的挥发，还会由于穿透深度的问题对大体积的凝胶产生低的修复能力。总的来说，目前仍然缺乏一种有效的策略来调控动力学稳定凝胶的修复，以进一步实现凝胶的多功能集成。
[0004]受生物系统中通过时间分级调控过程来进行伤口愈合的启发，最近提出通过生物活性物质调控动力学控制的竞争反应和能量耗散过程去调和了动力学稳定性和修复之间的矛盾。这些生物活性成分(例如：脲酶、葡萄糖氧化酶和酵母等)在含有动态共价键或金属超分子相互作用的聚合物水凝胶受损部位通过建立临时非平衡状态去获得临时修复性的过程中扮演了一个至关重要的角色。专利技术人发现，尽管生物活性成分是生物系统伤口修复的重要物质，但是它们的脆性阻碍了多功能合成材料的进一步发展，而且体系内有机溶剂的引入可能会影响生物物质的活性，进而降低凝胶的修复能力。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术的不足，本专利技术提供一种基于纯化学反应实现动力学稳定凝胶临时修复性的方法。本专利技术采用碱性化合物来调控含有酰腙键和亚胺键凝胶材料的动力学稳定性，该类凝胶材料在碱性条件下能够获得动力学稳定的状态，受到损伤后，在受损断面
处涂抹酸性化学燃料可实现可逆共价键的快速形成从而进行结构修复，后续复分解反应生成的CO2会以能量耗散的方式缓慢释放出去，促使体系的pH值升高，使材料回到动力学稳定状态，以实现材料的功能修复，以此构建了一种纯化学反应调控动力学稳定防冻凝胶材料临时修复性的方法。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供一种动力学稳定凝胶材料，包括含有酰腙键或亚胺键的凝胶和碱性化合物。
[0007]进一步的，所述的动力学稳定凝胶材料内还包括防冻剂，防冻剂的质量分数为0～90％。
[0008]本专利技术第二方面提供一种动力学稳定凝胶材料的制备方法，包括步骤如下：
[0009]将含有酰腙键或亚胺键的凝胶浸泡到碱性化合物水溶液和防冻剂混合形成的溶液中，得到所述的凝胶材料。
[0010]本专利技术第三方面提供一种基于纯化学反应实现动力学稳定凝胶临时修复性的方法，具体为：
[0011]当上述凝胶材料受到机械损伤时，在其受损断面处涂抹酸性缓冲液，从而实现受损材料的结构修复和功能修复。
[0012]本专利技术的一个或多个实施方式至少具有以下有益效果：
[0013](1)本专利技术的动力学稳定凝胶材料的修复是通过纯化学反应策略实现的，没有生物成分的掺入，所以有机溶剂可以引入此纯化学体系中而不影响凝胶的修复能力，还避免了生物活性成分的脆性问题。
[0014](2)纯化学体系对苛刻条件的耐受性高，例如：机械粉碎、高温等，从而赋予凝胶可回收性能，降低材料的消耗，节约能源，降低成本，形成一种集动力学稳定性、自愈合能力、可回收性、防冻和防挥发等多种功能于一体的凝胶材料。
附图说明
[0015]构成本专利技术的一部分的说明书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。
[0016]图1为本专利技术通过纯化学反应实现动力学稳定凝胶材料临时修复性的示意图。
[0017]图2为本专利技术制备的凝胶材料防冻及防挥发性能表征(防冻剂以乙二醇为例)；(a)具有不同防冻剂含量(0％～90％)凝胶材料的DSC曲线，(b)具有不同防冻剂含量(0％～90％)凝胶材料在温度25℃，湿度60％条件下放置7天的凝胶重量变化图。
[0018]图3为本专利技术制备的30％、60％和90％凝胶材料在受损后的修复图。
[0019]图4为本专利技术制备的凝胶材料修复能力比较图。
[0020]图5为本专利技术制备的60％凝胶材料修复前后动力学稳定性测试图。
[0021]图6为本专利技术制备的60％的凝胶材料回收利用图。
具体实施方式
[0022]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0023]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0024]正如
技术介绍
所介绍的，基于可逆共价键或超分子相互作用的本征型可修复材料，其具有动力学稳定性差的缺点。而通过生物活性物质调控动力学控制的竞争反应和能量耗散过程去调和动力学稳定性和修复之间的矛盾时，生物活性物质的脆性阻碍了多功能合成材料的进一步发展，而且体系内有机溶剂的引入可能会影响生物物质的活性，进而降低凝胶的修复能力。
[0025]为了解决如上的技术问题，本专利技术第一方面提供一种动力学稳定凝胶材料，包括含有酰腙键或亚胺键的凝胶和碱性化合物。
[0026]本专利技术所提供的动力学稳定凝胶中，最关键的技术点在于碱性化合物的引入，碱性化合物能够赋予含有酰腙键或亚胺键的凝胶材料动力学稳定性。
[0027]本领域内公知，含有酰腙键或亚胺键的凝胶在酸性条件下，可实现受损位置的修复。但这种材料是动力学不稳定的，会导致材料发生形状改变、蠕变和不期待的自融合现象。基于此，本专利技术提出采用碱性化合物作为稳定剂，预本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种动力学稳定的凝胶材料，其特征在于：包括含有酰腙键或亚胺键的凝胶和碱性化合物。2.如权利要求1所述的凝胶材料，其特征在于：还包括防冻剂，防冻剂包括乙二醇或甘油，防冻剂的质量分数为0～90％。3.如权利要求1所述的凝胶材料，其特征在于：所述的碱性化合物是能够与酸反应生成气体的物质，优选为：NaHCO3，Na2CO3，KHCO3，K2CO3。4.权利要求1
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3任一项所述的动力学稳定的凝胶材料的制备方法，其特征在于：将含有酰腙键或亚胺键的凝胶浸泡到碱性化合物水溶液和防冻剂混合形成的溶液中，得到所述的凝胶材料。5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述含有酰腙键或亚胺键的凝胶由共聚物PAM
‑
co
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PDAAM和己二酸二酰肼ADH或由戊二醛和牛血清蛋白BSA在pH为4～5的条件下交联得到。6.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于：碱性化...

【专利技术属性】
技术研发人员：王旭，贾良莹，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：