一种水凝胶表面改性方法以及高保水性水凝胶技术

本发明专利技术提供了一种水凝胶表面改性方法以及高保水性水凝胶，通过在水凝胶表面构建双层疏水涂层(一层固体疏水涂层和一层疏水油层)的方法来有效提高水凝胶的保水性、稳定性和使用寿命。本发明专利技术首先对水凝胶表面进行电晕/等离子体处理，再进行氨基硅烷偶联剂溶液、含羧基的长链烷基化合物溶液以及油中的浸渍处理，在水凝胶表面形成双层疏水涂层，双层疏水涂层与水凝胶通过化学键、氢键和疏水

【技术实现步骤摘要】
一种水凝胶表面改性方法以及高保水性水凝胶


[0001]本专利技术涉及水凝胶材料领域，尤其涉及一种水凝胶表面改性方法以及高保水性水凝胶。

技术介绍

[0002]水凝胶因其优异的柔性、亲水性和生物相容性等特点，在组织工程、伤口敷料、载药、柔性电子、智能器件、能源等领域应用广泛。然而，由于水凝胶中含有大量的水分，水分不可避免地蒸发导致水凝胶在空气中逐渐脱水，造成水凝胶柔性、弹性等功能逐渐丧失，这已严重限制了水凝胶的实际应用。因此，在水凝胶领域，增强水凝胶的保水能力具有重要意义。
[0003]目前，已报道几种能有效提高水凝胶保水性能的方法。例如，在水凝胶中引入高水合性的盐，该方法制备的水凝胶的保水性与盐的种类和溶液浓度密切关系。Bai等发现在水凝胶中添加LiCl，水凝胶的保水性比添加NaCl、KAc和MgCl2效果更佳；当LiCl的浓度为12mol/L时，水凝胶在25℃、10RH％的条件下干燥5天，水凝胶仍能保留70％以上的水。这主要是因为在水凝胶中添加盐后，水分子可以与盐离解产生的阳离子或阴离子形成水合离子，从而使水的蒸发变得困难。因此，在水凝胶中引入高水合性盐类可以有效抑制水分蒸发，从而提升水凝胶的保水性。Jiang等也采用类似的原理，在聚丙烯腈(PAN)基水凝胶聚合体系内添加ZnCl2，制备的PAN基水凝胶在25℃、50RH％条件下放置8天，凝胶体积和质量均没有显著变化。此外，在水凝胶中加入醇类也可以有效抑制水凝胶脱水。Chen等通过溶剂置换的方法用甘油、乙二醇或山梨醇部分置换水凝胶内部的水，使水凝胶能长时间保持柔性。他们还发现溶剂置换时间、醇的种类等因素均对凝胶的保水性有较大影响。类似的，Wu等在聚合体系中添加乙二醇和甘油，制备了卡拉胶/聚丙烯酰胺凝胶，该凝胶具有出色的保水性能。在水凝胶中同时加入高水合性盐类和醇类也可以提高凝胶的保水性能。
[0004]然而，无论是在水凝胶中引入高水合性盐或/和醇类，都可能改变水凝胶的某些本体性能，例如电性能、力学性能等。因此，Yuk等提出一种在水凝胶表面封装功能保护层的方法来提高水凝胶的保水性。研究者在水凝胶表面封装弹性体，制备了弹性体
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水凝胶
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弹性体三明治复合结构，该复合材料在48h内保持质量不变(24℃，50RH％)。类似的，Liu等组装的弹性体
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水凝胶
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弹性体复合材料的平均脱水率比未封装的水凝胶降低了73.2％
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78.6％。然而，这种方法仅适用于形态规则的水凝胶材料，而对于具有异形结构的水凝胶，外层弹性体难以与水凝胶的所有表面实现完美贴合，这将导致水凝胶始终有部分表面裸露在外，最终导致水凝胶内部的水分向外挥发而逐渐脱水失效。此外，选择性地只在水凝胶表面构筑功能涂层而不改变水凝胶内部结构和化学组成非常困难。而且，亲水的水凝胶表面与疏水涂层之间会形成弱的界面强度，导致其在实际使用过程中很容易被破坏。基于此，在水凝胶表面构建具有较强界面强度的疏水涂层以提高水凝胶的保水性仍然极具挑战。
[0005]因此，现有技术还有待改进。

技术实现思路

[0006]鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种水凝胶表面改性方法以及高保水性水凝胶，通过在水凝胶表面构建双层疏水涂层的方法来有效提高水凝胶的保水性能，为水凝胶提供保护屏障，有效降低水凝胶内部的水分挥发，改善水凝胶的保水性，旨在解决现有技术难以在水凝胶表面构建具有较强界面强度的疏水涂层以提高水凝胶保水性的问题。
[0007]本专利技术采用的技术方案如下：
[0008]一种水凝胶表面改性方法，其中，所述方法包括在所述水凝胶表面构建双层疏水涂层，所述双层疏水涂层包括固体疏水涂层和疏水油层。
[0009]所述的水凝胶表面改性方法，其中，所述方法包括以下步骤：
[0010]a.对水凝胶表面进行等离子体/电晕处理；
[0011]b.将步骤a处理后的水凝胶置于氨基硅烷偶联剂溶液中浸渍处理；
[0012]c.将步骤b处理后的水凝胶置于含羧基的长链烷基化合物溶液中浸渍处理；
[0013]d.将步骤c处理后的水凝胶置于油中浸渍处理，浸渍完成后取出水凝胶。
[0014]所述的水凝胶表面改性方法，其中，步骤a中，等离子体/电晕处理时间为5～60s。
[0015]所述的水凝胶表面改性方法，其中，步骤b
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d中，所述浸渍处理的时间为10～120min。
[0016]所述的水凝胶表面改性方法，其中，步骤b
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c中，所述溶液中的溶剂包括乙酸乙酯、氯仿、乙醚、正丁醇、正己烷、环己烷、正庚烷、正辛烷、异辛烷、环己酮、甲苯、二甲苯、环己酮、甲基异丁基酮、四氯化碳、石油醚中的至少一种。
[0017]所述的水凝胶表面改性方法，其中，所述溶液的浓度为0.1～5mol/L。
[0018]所述的水凝胶表面改性方法，其中，所述氨基硅烷偶联剂包括氨丙基三乙氧基硅烷、氨丙基三甲氧基硅烷、3
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氨丙基甲基二甲氧基硅烷、3
‑
氨丙基甲基二乙氧基硅烷、N
‑
(β
‑
氨乙基)
‑
γ
‑
氨丙基三甲氧基硅烷、N
‑
(β
‑
氨乙基)
‑
γ
‑
氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N
‑2‑
氨乙基
‑3‑
氨丙基甲基二乙氧基硅烷、3
‑
二乙烯三胺基丙基甲基二甲氧基硅烷、3
‑
二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。
[0019]所述的水凝胶表面改性方法，其中，所述含羧基的长链烷基化合物包括月桂酸、豆蔻酸、十五烷酸、软脂酸、硬脂酸、十九烷酸、全氟壬酸、全氟辛酸、全氟十二酸、全氟十三酸、全氟十四酸、全氟十八酸中的至少一种。
[0020]所述的水凝胶表面改性方法，其中，所述油包括甲基硅油、全氟硅油、苯基硅油、橄榄油、棕榈油、全氟聚醚、氟碳惰性液体FC
‑
70中的至少一种。
[0021]一种高保水性水凝胶，其中，所述水凝胶经如上任一所述的水凝胶表面改性方法处理。
[0022]有益效果：本专利技术提供了一种水凝胶表面改性方法以及高保水性水凝胶，通过在水凝胶表面构建双层疏水涂层的方法来有效提高水凝胶的保水性能，所述双层疏水涂层包括一层固体疏水涂层和一层疏水油层。本专利技术通过巧妙的分子结构设计，提出了在水凝胶表面构建双层疏水涂层的方法来有效降低水凝胶内部水分蒸发速率：首先，对水凝胶表面进行电晕/等离子体处理，使水凝胶表面形成羟基；然后，将电晕/等离子处理后的水凝胶迅速浸入氨基硅烷偶联剂溶液中，硅烷偶联剂水解后的产物与水凝胶表面羟基可以形成氢
键，从而使氨基硅烷偶联剂键接到水凝胶表面；随后，将水凝胶继续浸入含羧基的长链烷基化合物溶液中，利用羧基与氨基发生化学反应，从而使长链烷基接枝到水凝胶表面，形成一层固体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水凝胶表面改性方法，其特征在于，所述方法包括在所述水凝胶表面构建双层疏水涂层，所述双层疏水涂层包括固体疏水涂层和疏水油层。2.根据权利要求1所述的水凝胶表面改性方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：a.对水凝胶表面进行等离子体/电晕处理；b.将步骤a处理后的水凝胶置于氨基硅烷偶联剂溶液中浸渍处理；c.将步骤b处理后的水凝胶置于含羧基的长链烷基化合物溶液中浸渍处理；d.将步骤c处理后的水凝胶置于油中浸渍处理，浸渍完成后取出水凝胶。3.根据权利要求2所述的水凝胶表面改性方法，其特征在于，步骤a中，等离子体/电晕处理时间为5～60s。4.根据权利要求2所述的水凝胶表面改性方法，其特征在于，步骤b
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d中，所述浸渍处理的时间为10～120min。5.根据权利要求2所述的水凝胶表面改性方法，其特征在于，步骤b
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c中，所述溶液中的溶剂包括乙酸乙酯、氯仿、乙醚、正丁醇、正己烷、环己烷、正庚烷、正辛烷、异辛烷、环己酮、甲苯、二甲苯、环己酮、甲基异丁基酮、四氯化碳、石油醚中的至少一种。6.根据权利要求5所述的水凝胶表面改性方法，其特征在于，所述溶液的浓度为0.1～5mol/L。7.根据权利要求2所述的水凝胶表面改性方法，其特征在于，所述氨基硅烷偶联剂包括氨丙基三乙氧基硅烷、氨丙基三甲氧基硅烷、3
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【专利技术属性】
技术研发人员：朱唐，江驰，王明良，朱才镇，徐坚，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：