一种自愈合力致变色智能水凝胶及其制备方法技术

本发明专利技术属于力致变色水凝胶的技术领域，公开了一种自愈合力致变色智能水凝胶及其制备方法。所述方法：1)将功能荧光单体、丙烯酸甲酯与十二烷基硫酸钠的氯化钠溶液混合，获得胶束溶液；2)将丙烯酰胺、引发剂与胶束溶液混匀，获得预聚液；3)将预聚液进行热固化，获得自愈合力致变色水凝胶。本发明专利技术的方法简单，所获得水凝胶为一种胶束内非共价键交联的智能水凝胶。本发明专利技术的水凝胶具有高的拉伸率、良好的室温自愈合能力、荧光颜色多样化以及力致荧光变色的特点。本发明专利技术的智能水凝胶在力学传感、材料损伤检测等方面有潜在的应用。伤检测等方面有潜在的应用。

【技术实现步骤摘要】
一种自愈合力致变色智能水凝胶及其制备方法


[0001]本专利技术属于力致变色水凝胶材料
，具体涉及一种自愈合力致变色智能水凝胶及其制备方法。

技术介绍

[0002]水凝胶是一种亲水但不溶于水的三维网络材料，其作为一种软物质材料，具有对外界微小作用敏感的特点，同时还具有优异的生物相容性，被广泛地应用于日化、环境、食品以及生物医学等领域。根据对环境刺激的敏感程度可将水凝胶分为对刺激不敏感的传统型水凝胶和对刺激产生响应的环境敏感型水凝胶(又称为智能水凝胶)。目前，智能水凝胶是水凝胶材料领域的研究热点之一。作为一类刺激响应材料，智能水凝胶能在外部环境(如温度、光、电、磁、pH值、力、化学物质等)发生变化时做出相应的响应(如体积变化、颜色变化等)。
[0003]力致变色水凝胶是一类在外界力刺激作用下，其光学性质(如吸收、反射、荧光、磷光等)发生改变的智能柔性材料。其作为一种新型的刺激响应功能材料，能对机械力刺激做出直观的光学响应，并具有良好的生物相容性，在应力传感器、材料损坏指示器和加密装置等方面有着独特的应用价值。但其发展还远远落后于其他的一些刺激响应变色材料(如光致变色材料和电致变色材料)，主要的问题集中在力致变色材料的种类较少，制备工艺复杂，力学性能可调性差，功能单一等。同时，由于力致变色化合物大都疏水，很难被集合到高亲水性的水凝胶体系中。
[0004]在已报道的力致变色水凝胶文献中，普遍存在制备复杂，普适性差，无法自愈合等问题。现阶段仍然缺乏一种有效的，普适性的方法来制备自愈合的力致变色智能水凝胶。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术的缺点和不足，本专利技术的目的在于提供一种自愈合力致变色智能水凝胶及其制备方法。本专利技术的方法增加力致变色水凝胶的种类，改善力致变色水凝胶的综合性能。本专利技术的水凝胶具有较好的自愈合性能，明显的荧光发射和力致荧光变色性能。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术的技术方案为：
[0007]一种自愈合力致变色智能水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
[0008]1)将功能荧光单体和丙烯酸甲酯单体与十二烷基硫酸钠的氯化钠溶液混合，获得胶束溶液；
[0009]2)将胶束溶液、丙烯酰胺单体和引发剂混匀，获得预聚液；
[0010]3)将预聚液进行热固化，获得自愈合力致变色智能水凝胶。
[0011]所述的功能荧光单体的结构通式为以下结构式(I)～(III)中一种，
[0012][0013]其中，m、n各自为1～20的整数，R1、R2和R3相同或者不同，独立地为氢、羟基、烷基或烷氧基。
[0014]所述功能荧光单体、丙烯酸甲酯和丙烯酰胺的总质量占整个预聚溶液质量的5％～60％，优选为5～30％；引发剂的用量为丙烯酸甲酯和丙烯酰胺摩尔量的0.1％～5％。
[0015]所述功能荧光单体和丙烯酸甲酯的摩尔比为1∶10～10∶1，优选为1∶6～2∶1。
[0016]所述的丙烯酰胺和功能荧光单体的摩尔比为100∶1～20∶1，优选为70∶1～30∶1。
[0017]所述十二烷基硫酸钠为预聚溶液质量的1％～10％，优选4％～6％。
[0018]所述氯化钠为十二烷基硫酸钠的氯化钠溶液质量的1％～15％。
[0019]所述引发剂包括偶氮二异丁腈、过硫酸铵、偶氮二异丁酸二甲酯、偶氮二异丁基脒盐酸盐、过氧化苯甲酰、过氧化二异丙苯、过氧化二碳酸二异丙酯、过氧化二碳酸二环己酯、过氧化甲乙酮或过氧化环己酮中一种以上。
[0020]所述热固化的温度为25℃～60℃。所述热固化的时间为1～12h。
[0021]所述热固化是指将预聚液置于模具中，然后固化成型。
[0022]步骤1)中混合后，静置；静置的时间为1～4h。
[0023]本专利技术的水凝胶可以应用在力传感、材料损坏指示器、光学开关、柔性器件等方面。
[0024]本专利技术制备的自愈合力致变色智能水凝胶是一种胶束内非共价键交联的水凝胶材料。当水凝胶网络受到外力作用时，胶束内荧光化合物分子聚集态发生变化从而导致凝胶荧光变化。同时胶束内的化合物之间可以形成氢键、π
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π堆积、疏水相互作用等多种非共价键作用，使得该水凝胶具有自愈合性能。
[0025]与现有技术相比，本专利技术制备的自愈合力致变色智能水凝胶具有以下特点：(1)良好的拉伸性；(2)较好的自愈合性能；(3)明显的荧光发射和力致荧光变色性能；(4)通过变换功能荧光单体的种类，可制备不同的力致变色凝胶，具有较高的普适性。
[0026]本专利技术的方法增加了力致变色水凝胶材料的种类，并引入了自愈合性能，提高了力致变色水凝胶的综合性能，大大拓展了水凝胶的应用潜力和范围。
附图说明
[0027]图1为实施例1、3、4制得的水凝胶的应力应变曲线；实施例1：OPV
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12，实施例3：TPE
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6，实施例4：Pyrene
‑
6；
[0028]图2为实施例2制得的水凝胶的自愈合前后的应力应变曲线；实施例2：OPV
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3；
[0029]图3为实施例1、3、4制得的水凝胶的荧光光谱图；实施例1：OPV
‑
12，实施例3：TPE
‑
6，实施例4：Pyrene
‑
6；
[0030]图4为实施例2制得的水凝胶在外力作用下荧光发射变化的荧光光谱图；实施例2：OPV
‑
3。
具体实施方式
[0031]下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。本专利技术中相对于其他丙烯酸酯单体，丙烯酸甲酯具有更好的效果；而相对于其他表面活性剂，十二烷基硫酸钠的效果更好。本专利技术加入氯化钠，能够提高十二烷基硫酸钠的稳定性，体系的重现性较好。
[0032]实施例1
[0033]一种自愈合力致变色智能水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
[0034]第一步：将160mg功能荧光单体1和20mg丙烯酸甲酯单体加入到10mL含十二烷基硫酸钠(0.5g)的氯化钠(0.5g)溶液中，充分搅拌后，静置2小时，得到胶束溶液；
[0035]功能荧光单体1：
[0036][0037]其中，功能荧光单体1按照已公开的文献(Macromolecules，2006，39，9581)中的合成方法合成；
[0038]第二步：在上述胶束溶液中加入840mg丙烯酰胺单体和15mg过硫酸铵引发剂，混合均匀后得到预聚溶液；
[0039]第三步：将上述预聚溶液置于模具中，在45℃烘箱中放置6小时使其热固化，得到自愈合力致变色智能水凝胶，命名为；OPV
‑
12。
[0040]实施例2
[0041]一种自愈合力致变色智能水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
[0042]第一步：将140mg功能荧光单体2和20mg丙烯酸甲酯单体加入到10mL含十二烷本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自愈合力致变色智能水凝胶的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1)将功能荧光单体、丙烯酸甲酯与十二烷基硫酸钠的氯化钠溶液混合，获得胶束溶液；2)将丙烯酰胺、引发剂与胶束溶液混匀，获得预聚液；3)将预聚液进行热固化，获得自愈合力致变色水凝胶；所述功能荧光单体的结构通式为以下结构式(I)～(III)中一种，其中，m、n独自为1～20的整数，R1、R2和R3相同或者不同，独立地为氢、羟基、烷基或烷氧基。2.根据权利要求1所述自愈合力致变色智能水凝胶的制备方法，其特征在于：所述功能荧光单体和丙烯酸甲酯的摩尔比为1∶10～10∶1；所述丙烯酰胺和功能荧光单体的摩尔比为100∶1～20∶1；所述十二烷基硫酸钠为预聚液质量的1％～10％，所述氯化钠为十二烷基硫酸钠的氯化钠溶液质量的1％～15％。3.根据权利要求2所述自愈合力致变色智能水凝胶的制备方法，其特征在于：所述功能荧光单体和丙烯酸甲酯的摩尔比为1∶6～2∶1；所述丙烯酰胺和功能荧光单体的摩尔比为70∶1～30∶1；所述十二烷基硫酸钠为预聚液质量的4％～6％。4.根据权利要求1所述自愈合力致变色智能水凝胶的制备方法，其特征在于：所述功能荧光单体、丙烯酸甲酯和丙烯...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳衎，徐立国，陈雨桐，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：