一种具有双层结构的高强度粘附水凝胶的制备方法技术

本发明专利技术公开一种具有双层结构的高强度粘附水凝胶的制备方法，包括以下步骤：（1）将氧化石墨烯粉末及单宁酸加入蒸馏水中并用超声使其分散，得到氧化石墨烯

【技术实现步骤摘要】
一种具有双层结构的高强度粘附水凝胶的制备方法


[0001]本专利技术属于水凝胶
，具体涉及一种具有双层结构的高强度粘附水凝胶的制备方法。

技术介绍

[0002]水凝胶作为一种具有优异保水性能的三维网络结构高分子材料，是由亲水性聚合物通过化学交联或物理交联得到。由于水凝胶的力学性能和粘附性能很难兼顾，优异的粘附性能往往以牺牲力学性能为代价，反之亦然，因此制备同时具有优异机械性能和良好粘附性能的水凝胶仍然面临诸多困难和挑战。
[0003]当水凝胶兼具优异的力学性能和粘附性能时，其将在生物医疗、电子传感等领域有更大的应用前景。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的缺陷，本专利技术利用整体离子交联
‑
局部解交联的策略，提供了一种具有双层结构的高强度粘附水凝胶的制备方法，以解决现有技术中水凝胶的强度与粘附性能无法兼具的缺陷。
[0005]一种具有双层结构的高强度粘附水凝胶的制备方法，包括以下步骤：（1）制备氧化石墨烯
‑
单宁酸前驱体：将氧化石墨烯粉末及单宁酸加入蒸馏水中并用超声使其分散，得到氧化石墨烯
‑
单宁酸前驱体；（2）制备均一结构的高强水凝胶：向所述氧化石墨烯
‑
单宁酸前驱体中加入水溶性单体及化学交联剂，搅拌，加入氧化还原引发剂，搅拌，在室温下反应3
‑
7h，制备得到水凝胶，将所述水凝胶浸没在金属离子溶液中，浸没1
‑
3h，得到均一结构的高强水凝胶；（3）制备双层结构的高强度粘附水凝胶：将步骤（2）得到的水凝胶的部分表面浸泡在乙二胺四乙酸二钠溶液中，浸泡厚度小于等于水凝胶厚度的10%
‑
30%，浸泡10
‑
60min，得到双层结构的高强粘附水凝胶。
[0006]优选地，所述水溶性单体为丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸、N
‑
异丙基丙烯酰胺、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸二甲氨乙酯中的至少三种。
[0007]优选地，所述金属离子溶液为FeCl3溶液、AlCl3溶液、ZnCl2溶液中的至少一种。
[0008]优选地，所述化学交联剂为N ,N
‑
亚甲基双丙烯酰胺或分子量为600的聚乙二醇二丙烯酸酯。
[0009]优选地，步骤（1）中，氧化石墨烯粉末、单宁酸、蒸馏水的质量比为（0.1
‑
1.5）mg：（0.2
‑
8）mg:1g。
[0010]优选地，步骤（1）中的蒸馏水、步骤（2）中的水溶性单体、化学交联剂的加入比例为5g：（1.5
‑
3.5）g：(0.38
‑
1.75)mg。
[0011]优选地，所述化学交联剂为N ,N
‑
亚甲基双丙烯酰胺或分子量为600的聚乙二醇二丙烯酸酯；所述氧化还原引发剂包括氧化剂和还原剂，所述氧化剂为过硫酸钾或过硫酸铵，
所述还原剂为N,N
’‑
四甲基乙二胺。
[0012]优选地，所述氧化剂、还原剂、水溶性单体的摩尔比为（0.5%
‑
4%）：（0.5%
‑
4%）：1。
[0013]优选地，所述金属离子溶液的浓度为0.1
‑
1mol/L。
[0014]优选地，所述乙二胺四乙酸二钠溶液的浓度为0.1
‑
1mol/L。
[0015]本专利技术制备的水凝胶，在体系中引入单宁酸制备粘附水凝胶，引入氧化石墨烯使水凝胶性能进一步优化，再将水凝胶浸泡在一定浓度的金属离子溶液中，通过金属阳离子与水凝胶分子链上带负电的基团之间的共价交联和离子配位作用获得坚韧、高强的杂化水凝胶。进一步再将该凝胶的底层部分浸泡在乙二胺四乙酸二钠溶液中进行解交联，解交联的底层水凝胶强度减弱而粘性增强；而没有浸泡在乙二胺四乙酸二钠中的上层水凝胶则还保持原来的高强度，所得到的具有双层结构的水凝胶，兼具高强度和高粘附性能。
[0016]本专利技术的优点：本专利技术利用整体离子交联
‑
局部解交联的策略，制备得到具备双层结构的导电水凝胶，兼具优异的机械性能和粘附性能。
附图说明
[0017]图1 本专利技术制备的水凝胶的结构示意图；图2水凝胶的应力
‑
应变曲线图；图3水凝胶的断裂强度图；图4 水凝胶的杨氏模量图；图5 水凝胶在不同基材上的粘附强度图；图6 实施例1制备的水凝胶在不同基材上的粘附图；图7 实施例1制备的水凝胶的导电图。
具体实施方式
[0018]实施例1一种具有双层结构的高强度粘附水凝胶的制备方法，包括以下步骤：（1）制备氧化石墨烯
‑
单宁酸前驱体：将1mg氧化石墨烯粉末及1mg单宁酸加入5mL蒸馏水中并用超声使其分散，得到氧化石墨烯
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单宁酸前驱体；（2）制备均一结构的高强水凝胶：向步骤（1）得到的氧化石墨烯
‑
单宁酸前驱体中加入水溶性单体（2g丙烯酰胺、0.4g丙烯酸和88mg甲基丙烯酸二甲氨乙酯）及0.43 mg N ,N
‑
亚甲基双丙烯酰胺，搅拌15min，然后再分别加入水溶性单体总摩尔量2%的过硫酸钾和1%的四甲基乙二胺，搅拌，在室温下反应4h，制备得到水凝胶，将所述水凝胶浸没在0.1mol/L 的FeCl3溶液中1h，得到均一结构的高强水凝胶；（3）制备双层结构的高强度粘附水凝胶：将步骤（2）得到的水凝胶的部分表面浸泡在0.1mol/L 的乙二胺四乙酸二钠溶液中，浸泡厚度为水凝胶厚度的30%，浸泡10min，得到双层结构的高强粘附水凝胶，其结构示意图如图1，下层为浸泡EDTA解交联后的具有粘性的水凝胶，上层为Fe
3+
交联的具有高机械强度的水凝胶。
[0019]实施例2一种具有双层结构的高强度粘附水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
（1）制备氧化石墨烯
‑
单宁酸前驱体：将1mg氧化石墨烯粉末及1mg单宁酸加入5mL蒸馏水中并用超声使其分散，得到氧化石墨烯
‑
单宁酸前驱体；（2）制备均一结构的高强水凝胶：向步骤（1）得到的氧化石墨烯
‑
单宁酸前驱体中加入水溶性单体（2g甲基丙烯酰胺、0.4g甲基丙烯酸、102mg甲基丙烯酸羟乙酯）及1.24mg 分子量为600的聚乙二醇二丙烯酸酯，搅拌15min，然后再分别加入水溶性单体总摩尔量1.5%的过硫酸钾和0.5%的四甲基乙二胺，搅拌，在室温下反应4h，制备得到水凝胶，将所述水凝胶浸没在0.1mol/L 的AlCl3溶液中1h，得到均一结构的高强水凝胶；（3）制备双层结构的高强度粘附水凝胶：将步骤（2）得到的水凝胶的部分表面浸泡在0.1mol/L 的乙二胺四乙酸二钠溶液中，浸泡厚度为水凝胶厚度的30%，浸泡10min，得到双层结构的高强粘附水凝胶。
[0020]实施例3一种具有双层结构的高强度粘附水凝胶的制备方法，包本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有双层结构的高强度粘附水凝胶的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）制备氧化石墨烯
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单宁酸前驱体：将氧化石墨烯粉末及单宁酸加入蒸馏水中并用超声使其分散，得到氧化石墨烯
‑
单宁酸前驱体；（2）制备均一结构的高强水凝胶：向所述氧化石墨烯
‑
单宁酸前驱体中加入水溶性单体及化学交联剂，搅拌，加入氧化还原引发剂，搅拌，在室温下反应3
‑
7h，制备得到水凝胶，将所述水凝胶浸没在金属离子溶液中，浸没1
‑
3h，得到均一结构的高强水凝胶；（3）制备双层结构的高强度粘附水凝胶：将步骤（2）得到的水凝胶的部分表面浸泡在乙二胺四乙酸二钠溶液中，浸泡厚度小于等于水凝胶厚度的10%
‑
30%，浸泡10
‑
60min，得到双层结构的高强粘附水凝胶。2.根据权利要求1所述具有双层结构的高强度粘附水凝胶的制备方法，其特征在于：所述水溶性单体为丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸、N
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异丙基丙烯酰胺、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸二甲氨乙酯中的至少三种。3.根据权利要求2所述具有双层结构的高强度粘附水凝胶的制备方法，其特征在于：所述金属离子溶液为FeCl3溶液、AlCl3溶液、ZnCl2溶液中的至少一种。4. 根据权利要求3所述具有双层结构的高强度粘附水凝胶的制备方法，其特征在于：所述化学交联剂为N ,N
‑
亚甲基双丙烯酰胺或分子量为60...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾鹏翔，田轩，赵东奎，黄亚峰，王亚婷，罗锦妮，
申请(专利权)人：西安近代化学研究所，
类型：发明
国别省市：