一种基于快速可控正交光化学反应的高黏附韧性水凝胶及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于快速可控正交光化学反应的高黏附韧性水凝胶及其制备方法，由以下组分构成：含酚基的大分子材料：0

【技术实现步骤摘要】
一种基于快速可控正交光化学反应的高黏附韧性水凝胶及其制备方法


[0001]本专利技术涉及水凝胶领域，具体涉及一种基于快速可控正交光化学反应的高黏附韧性水凝胶及其制备方法。

技术介绍

[0002]水凝胶是一具有三维网络结构的功能性聚合物材料，其可以吸收大量的水而不溶于水。其优异的吸水和保水性能、出色的生物相容性及对小分子的高渗透性等独特性质使其成为了最具应用价值的软材料之一。目前，水凝胶材料已经在农业保水、卫生用品、生物软骨、医疗、载药、传感、多功能材料等众多领域展现出了应用前景。因此，制备具有优异机械性能的多功能水凝胶材料，是当前水凝胶材料发展的一个重要的方向。
[0003]具有高界面韧性值的黏附水凝胶是水凝胶材料的一个重要分支，将水凝胶与不同种类的材料黏附会展示出不同的应用价值。其最为突出的应用价值在医学领域和工程领域体现的淋漓尽致。比如，将水凝胶黏附在生物组织上的作用有止血、组织修复再生、药物输送等；将水凝胶与弹性体粘合或不同功能水凝胶自身的粘接可用于人造肌肉、人造皮肤、摩擦发电机、软电源、离子液晶设备、离子触摸屏等；将水凝胶与塑料、陶瓷、金属材料等的粘接可用于植入式设备、化学传感器、软电子产品等的生产制造。这些前沿的技术和先进的设备已经离不开水凝胶作为其必不可少的组成部分。但现有的黏附水凝胶主要存在以下几点缺陷：(1)黏附方式主要靠表面修饰，操作难度大成功率低，耗时耗力；(2)黏附的局限性大，对于材料的表面针对性强；(3)大部分以非共价作用力来起到黏附作用这导致界面韧性值低黏附力度不足等问题。以上三点仅是以黏附的角度分析总结问题，就水凝胶本身而言要想达到高的界面韧性要求其本身的机械性能要足够的优异。但传统水凝胶的内部分子结构主要为单化学交联结构，这使得水凝胶存在机械性能差、易碎等关键问题，在很大程度上阻碍了其实用化进程，且其制备方法而言制备过程通常采用非选择性的热引发和紫外照射引发等成胶方式，导致反应可控性较差，反应时间过长，对生物组织伤害大等无法回避的问题出现。以上问题致使韧性凝胶材料难以用于高分辨率的复杂二维和三维微结构的制备，且生物相容性较差，大大限制了黏附韧性凝胶在生物医学及电子信息等领域的应用。
[0004]基于以上研究背景我们不难发现研发新型具有高界面韧性值的韧性水凝胶材料，同时发展其简单高效且快速可控的合成制备方法对于实现韧性水凝胶的图案化，拓展其应用范围具有重要的理论与现实意义。

技术实现思路

[0005]为了针对现有黏附韧性水凝胶在合成、制备及应用中存在的一些问题，本专利技术提供了一种基于正交光化学反应实现一步法将韧性水凝胶黏附在多种材料表面上且可通过3D打印技术在材料表面构筑精细图案和复杂结构的方法。具体是一种基于快速可控正交光化学反应的高黏附韧性水凝胶。
[0006]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0007]一种基于快速可控正交光化学反应的高黏附韧性水凝胶，其特征在于：由以下组分构成：含酚基的大分子材料：0
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30份；高分子材料：0
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30份；含双键单体：1
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30份；交联剂：交联剂的加入量是凝胶总质量的 0.02％
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0.15％；引发剂：引发剂的加入量是凝胶总质量的0.5％
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5％；三联吡啶氯化钌六水合物光催化剂：三联吡啶氯化钌六水合物光引发剂的加入量是凝胶总质量的0.01％
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0.1％；溶剂：60
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95份。
[0008]进一步的，所述含酚基的大分子材料是含酚基的天然大分子材料和自行接枝改性的含酚基的合成或商用大分子材料的一种。
[0009]进一步的，所述高分子材料为天然高分子材料和自行合成或商用高分子材料的一种。
[0010]进一步的，所述含双键单体既可以是单一组分，也可以为多种含双键单体的混合物。
[0011]一种基于快速可控正交光化学反应的高黏附韧性水凝胶反应溶液的制备方法，该制备方法包括以下步骤：(1)将含酚基大分子材料、高分子材料加入溶剂中加热持续搅拌，待完全溶解溶液降至室温；(2)加入含双键单体、交联剂搅拌均匀直至完全溶解；(3)加入催化剂,引发剂，搅拌均匀至完全溶解，制得反应溶液；(4)除去溶液中的气泡后，即可得基于快速可控正交光化学反应的韧性水凝胶反应溶液；(5)将反应溶液倒入模具中然后置于蓝光下照射一定时间，待其反应完全即可制得基于快速可控正交光化学反应的高黏附韧性水凝胶。
[0012]进一步的，所述凝胶可通过冷冻
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解冻循环的方式使其内部结晶提高韧性。
[0013]进一步的，所述步骤(5)之前，可添加增韧材料来提高韧性。
[0014]进一步的，所述增韧材料为纺织品。
[0015]进一步的，步骤(5)中，所述蓝光波长为400
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500nm之间，照射时间为一秒到一个小时之间。
[0016]进一步的，所述冷冻的温度低于0℃，冷冻时间大于3小时，解冻温度高于0℃低于30℃，解冻时间不低于1小时。
[0017]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0018](1)本专利技术提出了一种基于快速可控正交光化学反应的韧性水凝胶制备方法。这种方法能同时激发多个化学反应过程，且各反应之间互不影响，进而可以实现凝胶内部多重网络结构的一步构筑且无需任何后处理过程。这使得韧性凝胶的制备仅在几十秒内即可完成，且整个反应过程仅在室温温和的光照下即可进行，反应条件十分温和，适宜生物应用。
[0019](2)本专利技术采用的凝胶体系不仅可以快速的制备出韧性凝胶，可以在凝胶形成的同时使其以超高的界面韧性黏附在多种材料表面。该体系存在的大量超分子作用赋予了凝胶很好的抗疲劳韧性，在重复拉伸上千次依旧保持着良好的界面韧性。并且在粘接的过程中和粘接完成后能适应极端的外界环境，比如水下黏附、抗高温、抗低温，使的该黏附凝胶体系可以应用于多种场合的黏附工作。
[0020](3)本专利技术提出的一种基于快速可控正交光化学反应的具有高粘附力韧性水凝胶制备方法，能够在室温条件下进行且反应十分迅速。且相较于热引发，光引发具有良好的可
控性。因此，采用该方法所构筑的韧性凝胶能够很好的适用于多种先进制造技术(如光刻法或者3D打印)，进而实现基于韧性凝胶精细图案和复杂三维结构的制备，对于促进韧性凝胶材料在微创医学、柔性电子、生物电子、软机器人等领域的应用具有十分重要的意义。
[0021](4)依据本专利技术制备的黏附凝胶反应溶液能够采用多种不同的使用方式适应于不同的工作需求，可将其本体直接固定在材料表面，也可是不同的凝胶涂抹上本专利技术提的中提到的反应液实现不同凝胶体系的粘接；也可是两种不同的非凝胶材料之间涂抹此反应液也可完成粘接工作；就此反应液的使用方式来说，可以采用3D打印、喷、涂、注射、浸入、倒等方式置于不同性质的表面(无孔和有孔)完成粘接，使用方式的多变给现实的使用带来了极大的便利。
附图说明
[0022]图1：基于正交光化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于快速可控正交光化学反应的高黏附韧性水凝胶，其特征在于：由以下组分构成：含酚基的大分子材料：0
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30份；水溶性高分子材料：0
‑
30份；水溶性含双键单体：1
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30份；交联剂：交联剂的加入量是凝胶总质量的0.02％
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0.15％；引发剂：引发剂的加入量是凝胶总质量的0.5％
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5％；三联吡啶氯化钌六水合物光催化剂：三联吡啶氯化钌六水合物光引发剂的加入量是凝胶总质量的0.01％
‑
0.1％；溶剂：60
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95份。2.根据权利要求1所述的一种基于快速可控正交光化学反应的高黏附韧性水凝胶，其特征在于：所述含酚基的大分子材料包括明胶、蚕丝蛋白、牛血清蛋白、酚基改性的海藻酸钠、壳聚糖、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸钠、聚季铵盐
‑
10、聚乙烯醇、甲壳素、聚乙二醇、聚乙烯亚胺中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的一种基于快速可控正交光化学反应的高黏附韧性水凝胶，其特征在于：所述水溶性高分子材料包括海藻酸钠、淀粉、淀粉衍生物、卡拉胶、明胶、果胶、琼脂、羧甲基纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酰胺、壳聚糖、聚季铵盐
‑
10、聚乙烯醇、聚乙二醇、甲壳素的一种或多种。4.根据权利要求1所述的一种基于快速可控正交光化学反应的高黏附韧性水凝胶，其特征在于：所述水溶性含双键单体包括丙烯酸酯类、丙烯酰胺类、甲基丙烯酸酯类、...

【专利技术属性】
技术研发人员：张萍，柳具盆，于游，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：