一种受损凝胶修复的方法技术

本发明专利技术公开了一种受损凝胶修复的方法，包括以下步骤：通过浸泡、印染或注射方式将水溶性引发剂引入至受损凝胶中，得到含有引发剂的受损凝胶；再将水凝胶预聚液转移至含有引发剂的受损凝胶表面，利用界面处发生的自由基聚合反应对受损凝胶进行修复；所述的自由基聚合反应包括氧化还原引发自由基反应、热引发自由基反应或光引发自由基反应；所述的水凝胶预聚液中，包括单体和交联剂。本发明专利技术通过界面处发生的自由基聚合反应触发受损凝胶的聚合，实现了受损凝胶的修复，且修复后的受损凝胶与原始凝胶具有相同的三维形状以及功能。本发明专利技术方法绿色安全、反应过程温和、便于实施、适用于所有亲水性的破损凝胶修复，普适性好。普适性好。普适性好。

【技术实现步骤摘要】
一种受损凝胶修复的方法


[0001]本专利技术涉及水凝胶材料领域，具体涉及一种受损凝胶修复的方法。

技术介绍

[0002]水凝胶是一种含有大量水的软湿态高分子材料，由于其具有良好的生物相容性以及分子可设计性，近年来被广泛地应用于组织工程、生物监测以及仿生软体机器人等诸多领域。然而现有水凝胶的三维网络结构易损，在使用的过程中易发生断裂以及破损等现象。因此开发一种简单高效的方法，使得水凝胶在受损之后实现自身形状的愈合以及功能的修复对于水凝胶的发展具有重大的意义。
[0003]在传统的策略中，研究人员往往通过在水凝胶中引入具有自愈合能力的功能性单元，使得水凝胶在发生断裂之后可以通过超分子作用或者动态共价键实现自愈合。例如，公开号为CN113943558A的中国专利文献公开了一种共价键
‑
非共价键复合作用的自愈合凝胶随钻防漏剂，该材料具有自愈合能力，以颗粒的形式注入地层裂缝，在地层裂缝中可愈合成具有良好力学强度的整体凝胶，从而实现对裂缝孔隙的良好封堵。公开号为CN109517309A的中国专利文献公开了一种植物多酚纳米纤维素抗菌自愈合水凝胶的制备方法，该专利技术利用植物多酚作为功能性改性剂，通过植物多酚分子结构上的酚羟基与纳米纤维素上的羟基形成多重氢键作用对纳米纤维素进行改性，同时利用硼砂和多酚结构形成的动态苯硼酸酯键，以及硼砂和羟基之间形成的动态二醇硼酸酯键，此二种动态共价键以及各成分之间氢键的协同作用共同构成该自愈合水凝胶体系。
[0004]尽管可以通过在水凝胶中引入具有自愈合能力的功能性单元来提高水凝胶的自愈合和修复能力，且当所受损失均比较小，并且两块受损凝胶没有物质损失时，易于进行水凝胶的修复；但是，当水凝胶在使用过程中出现较大破损以及物质损失时，如何针对受损水凝胶进行修复是现有技术急需解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种受损凝胶修复的方法，普适性好，适用于亲水性水凝胶的受损修复，该方法绿色安全、便于实施、可以通过控制静置生长时间来实现多种损伤程度受损凝胶的修复，且受损凝胶能够被修复到与原始凝胶相同的三维形状以及功能。
[0006]具体采用的技术方案如下：
[0007]一种受损凝胶修复的方法，包括以下步骤：
[0008]通过浸泡、印染或注射方式将水溶性引发剂引入至受损凝胶中，得到含有引发剂的受损凝胶；再将水凝胶预聚液转移至含有引发剂的受损凝胶的受损界面处，利用界面处发生的自由基聚合反应对受损凝胶进行修复；
[0009]所述的受损凝胶为亲水性水凝胶，具有平整或不平整断面；
[0010]所述的自由基聚合反应包括氧化还原引发自由基反应、热引发自由基反应或光引发自由基反应。
[0011]进一步优选的，所述的自由基聚合反应包括Fe
2+
或四甲基乙二胺与过硫酸铵的氧化还原引发自由基反应、过硫酸铵的热引发自由基反应或2
‑
羟基
‑4′‑
(2
‑
羟乙氧基)
‑2‑
甲基苯丙酮的光引发自由基反应。
[0012]本专利技术利用界面扩散聚合方法，首先将水溶性引发剂引入至受损凝胶的体系内，而后由于渗透压引发剂会自发地向水凝胶预聚液中扩散，从而在固液界面处发生裂解或者氧化还原反应产生自由基；进一步地，伴随着自由基的产生，受损凝胶表面的水凝胶预聚液发生自由基聚合重新构筑水凝胶网络，从而实现了受损凝胶的修复。此外，还可以通过调控水凝胶预聚液的粘度以及单体种类，构筑得到多种不同生长速度、形状与功能的新凝胶网络，得益于新凝胶网络的生长，受损凝胶能够被修复到与原始凝胶相同的三维形状以及功能。
[0013]所述的水溶性引发剂包括过硫酸铵、过硫酸钾或偶氮二异丁基脒盐酸盐。
[0014]优选的，所述的水溶性引发剂为过硫酸铵，将受损凝胶浸泡在过硫酸铵溶液中将过硫酸铵引入至受损凝胶中，其中，过硫酸铵溶液的浓度为1～50mg/mL，浸泡时间≥1min。
[0015]所述的水凝胶预聚液中，包括单体、交联剂和水，单体与水的质量比为5～45：100，交联剂与水的质量比为0.15～1.5：100；
[0016]所述的单体为含有双键的分子或含有双键的分子的衍生物，包括：丙烯酰胺、N
‑
异丙基丙烯酰胺、N
‑
羟乙基丙烯酰胺或甲基丙烯酸羟乙酯；
[0017]所述的交联剂为含有两个双键的分子或含有两个双键的分子的衍生物，包括：N
’
N
‑
亚甲基双丙烯酰胺或聚乙二醇双丙烯酸酯。
[0018]当所述的自由基聚合反应为氧化还原引发自由基反应时，所述的水凝胶预聚液中还包括还原剂。
[0019]优选的，所述的还原剂为四甲基乙二胺或亚铁离子；当所述的还原剂为四甲基乙二胺时，每毫升水凝胶预聚液中含1～500μL还原剂四甲基乙二胺；当所述的还原剂为亚铁离子时，水凝胶预聚液中，亚铁离子的浓度为1～100mg/mL。
[0020]优选的，所述的水凝胶预聚液中还包含填料，所述的填料为水凝胶预聚液的功能助剂，包括：聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺
‑
丙烯酸共聚物、海藻酸、海藻酸衍生物(如海藻酸钠)、壳聚糖、壳聚糖衍生物、聚乙烯醇、聚乙烯醇衍生物、聚乙二醇或四氧化三铁。其中海藻酸钠、壳聚糖、聚乙烯醇以及聚丙烯酰胺等高分子聚合物能提高预聚液粘度从而提高修复过程的可控性；为了使修复后的凝胶恢复到初始的形状与功能，在水凝胶预聚液中需要加入与初始凝胶一样的功能基团如具有光热功能的四氧化三铁等功能助剂。
[0021]进一步优选的，所述的水凝胶预聚液中，填料与水的质量比为0.05～20：100。
[0022]优选的，通过注射、滴加、涂覆或浸泡等方式将水凝胶预聚液转移至含有引发剂的受损凝胶的受损界面处。
[0023]优选的，将水凝胶预聚液转移至含有引发剂的受损凝胶表面后，静置1～60min使受损凝胶生长修复。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0025](1)本专利技术利用水溶性引发剂向水凝胶预聚液的界面扩散过程，通过受损凝胶表面的水凝胶预聚液发生氧化还原引发自由基反应、热引发自由基反应或光引发自由基反应触发受损凝胶聚合，在受损凝胶表面实现了新凝胶网络的可控生长，即本专利技术是利用界面
扩散聚合的机理实现受损凝胶的修复，因此不受凝胶成分和材料的限制，适用于所有亲水性的破损凝胶修复，普适性好。
[0026](2)本专利技术提供的受损凝胶修复方法可以通过控制静置生长时间来实现受损凝胶多种损伤程度的修复。
[0027](3)本专利技术提供的受损凝胶修复方法绿色安全，且反应过程温和，设备要求低，无需特殊设备环境，便于实施。
附图说明
[0028]图1实施例1中受损凝胶修复前后的实物对比图。
[0029]图2实施例2中自由基聚合反应及新凝胶网络生长的示意图。
[0030]图3实施例3中自由基聚合反应及新凝胶网络生本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种受损凝胶修复的方法，其特征在于，包括以下步骤：将水溶性引发剂引入至受损凝胶中，得到含有引发剂的受损凝胶；再将水凝胶预聚液转移至含有引发剂的受损凝胶的受损界面处，利用界面处发生的自由基聚合反应对受损凝胶进行修复；所述的受损凝胶为亲水性水凝胶；所述的自由基聚合反应包括氧化还原引发自由基反应、热引发自由基反应或光引发自由基反应。2.根据权利要求1所述的受损凝胶修复的方法，其特征在于，通过浸泡、印染或注射方式将水溶性引发剂引入至受损凝胶中。3.根据权利要求1所述的受损凝胶修复的方法，其特征在于，所述的水溶性引发剂包括过硫酸铵、过硫酸钾或偶氮二异丁基脒盐酸盐。4.根据权利要求1所述的受损凝胶修复的方法，其特征在于，所述的水溶性引发剂为过硫酸铵，将受损凝胶浸泡在过硫酸铵溶液中将过硫酸铵引入至受损凝胶中，其中，过硫酸铵溶液的浓度为1～50mg/mL，浸泡时间≥1min。5.根据权利要求1所述的受损凝胶修复的方法，其特征在于，所述的水凝胶预聚液中，包括单体、交联剂和水，单体与水的质量比为5～45：100，交联剂与水的质量比为0.15～1.5：100；所述的单体为含有双键的分子或含有双键的分子的衍生物，包括：丙烯酰胺、N
‑
异丙基丙烯酰胺、N
‑
羟乙基丙烯酰胺或甲基丙烯酸羟乙酯；所述的交联剂为含有两个双键...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈涛，吴宝意，谷金翠，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：