本发明专利技术公开一种高自粘性聚乙烯醇基水凝胶及其制备成型方法，其特点是针对可穿戴传感器、皮肤燃料电池等可穿戴器件的研究发展，基于具良好生物相容性、高机械强度及与人体组织相近含水量和弹性模量等的聚乙烯醇水凝胶，突破传统的冷冻
【技术实现步骤摘要】
一种高自粘性聚乙烯醇基水凝胶及其制备成型方法
[0001]本专利技术涉及一种高自粘性聚乙烯醇基水凝胶及其制备成型方法，属于聚合物加工领域。
技术介绍
[0002]粘附聚合物水凝胶由于含水量高、良好的机械柔韧性、具有与天然软组织相似的结构、可牢固粘附于各类固体表面，使其作为可穿戴传感器、皮肤燃料电池、组织密封剂、伤口敷料及透皮给药贴片等应用广泛，尤其作为可穿戴传感器、皮肤燃料电池等器件，可在无需外界辅助粘合手段的情况下完美贴合于人体皮肤表面，有利于满足皮肤复杂曲率变化，显著提高可穿戴器件的工作效率及稳定性。
[0003]类似于贻贝粘附蛋白结构的聚多巴胺(PDA)富含醌基、邻苯二酚基、氨基等多种官能团，对各种有机和无机材料表面可实现牢固粘合，将其引入到聚合物水凝胶网络中，可获得能与人体皮肤表面粘合的仿贻贝粘附水凝胶；然而，对于基于聚丙烯酰胺或聚丙烯酸等化学合成材料制备的粘附水凝胶，其残留有毒单体会导致皮肤过敏、产生炎症反应，对于基于多糖、蛋白质、透明质酸等天然生物材料制备的粘附水凝胶，其韧性和粘附强度均较弱，限制其在可穿戴器件中的应用。聚乙烯醇(PVA)是一种多羟基的水性聚合物，而PVA水凝胶是PVA分子在水溶液中通过物理或化学交联形成的具三维网络结构的多孔材料，具有与人体组织相近的含水量和弹性模量、良好的生物相容性、高机械强度及低摩擦系数等，其分子结构上存在的羟基可与基底形成较强相互作用，使其具有良好的粘附性；但传统的PVA水凝胶制备方法，如冷冻
‑
解冻法、硼酸交联法，在交联过程中会消耗其分子链上大量羟基，从而削弱凝胶的粘附性；同时在仿贻贝粘附水凝胶制备过程中，PDA分子大多以直接混合方式加入聚合物凝胶基体中，由于与基体分子间的作用较弱，导致其在制备及使用过程中易于丧失，所得凝胶粘附性仍较低，因此，急需发展具有高自粘性、可拉伸柔韧性的可穿戴器件。
技术实现思路
[0004]本专利技术目的是针对现有技术不足而提供一种高自粘性聚乙烯醇基水凝胶及其制备成型方法，其特点是针对可穿戴传感器、皮肤燃料电池等可穿戴器件的研究发展，基于具良好生物相容性、高机械强度及与人体组织相近含水量和弹性模量等的PVA水凝胶，突破传统的冷冻
‑
解冻法、硼酸交联法等水凝胶制备方法，通过在PVA分子链上引入羧基(CPVA)、并以具贻贝粘附蛋白结构的高自粘性聚多巴胺(PDA)与氧化石墨烯(GO)的杂化物为交联剂，利用GO
‑
PDA杂化交联剂与CPVA分子间共价/非共价相互作用，形成多重交联网络结构，获得高自粘性PVA基水凝胶，赋予其对人体皮肤等多种材料基底优异粘附性、可拉伸柔韧性、导电性及高传感灵敏性。
[0005]本专利技术目的由以下技术措施实现，其中所述原料分数除特殊说明外，均为重量份数。
[0006]一种高自粘性聚乙烯醇基水凝胶及其制备成型方法包括以下步骤：
[0007]·
GO
‑
PDA杂化交联剂的制备
[0008]将1份氧化石墨烯(GO)、1
‑
50份盐酸多巴胺(DA)超声分散于100
‑
5000份去离子水中，于室温反应30min
‑
5h，随后进行离心、洗涤，干燥后待用；
[0009]·
高自粘性聚乙烯醇基水凝胶的制备
[0010]将20份聚乙烯醇(PVA)溶于100
‑
5000份二甲基亚砜，加入1
‑
10份环状酸酐和0.1
‑
5份三乙胺，于30
‑
100℃反应1
‑
15h，随后降至室温，将所得产物倒入丙酮中沉淀、浸泡、洗涤，干燥后获得羧基化聚乙烯醇(CPVA)；其中，聚乙烯醇聚合度为400～3000，醇解度为75～99％；环状酸酐为马来酸酐、丁二酸酐、戊二酸酐、己二酸酐、庚二酸酐、壬二酸酐、邻苯二甲酸酐中的任一种；
[0011]将20份CPVA于90℃溶于100
‑
5000份去离子水中，记为溶液
①
；将1
‑
10份盐酸多巴胺(DA)和0.1
‑
5份GO
‑
PDA超声分散于10
‑
100份去离子水中，用NaOH将pH值调至8.5，形成GO
‑
PDA杂化交联剂溶液，记为溶液
②
；在溶液
①
中加入1
‑
10份1
‑
乙基
‑
(3
‑
二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDC)和1
‑
10份N
‑
羟基硫代琥珀酰亚胺(NHS)进行活化，随后将其与溶液
②
混合均匀，倒入模具中，于室温下交联，制得CPVA/GO
‑
PDA高自粘性水凝胶。
[0012]本专利技术制备的高自粘性聚乙烯醇基水凝胶，其对金属、橡胶和猪皮的粘附强度可分别达150
‑
210kPa、150
‑
200kPa和30
‑
60kPa，其断裂伸长率可达1000
‑
1500％，应变灵敏度(GF)可达5
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10，可监测微小形变，准确稳定输出、识别电阻变化信号。
[0013]本专利技术具有如下优点：
[0014]本专利技术诣在制备一种高自粘性聚乙烯醇基水凝胶，具有如下特点：
[0015]·
由于传统的PVA水凝胶制备方法，如冷冻
‑
解冻法、硼酸交联法，在交联过程中会
[0016]消耗其分子链上大量羟基，从而削弱凝胶的粘附性；本专利技术突破传统的PVA水凝胶制备方法，通过在PVA分子链上引入羧基(CPVA)、并创造性地以具贻贝粘附蛋白结构的高自粘性聚多巴胺(PDA)与氧化石墨烯(GO)的杂化物为交联剂，利用CPVA分子链上的羧基与PDA分子链上的氨基之间的酰胺化反应及体系中以GO为交联中心的氢键等物理交联作用，在PVA复合体系中构建了以GO
‑
PDA为杂化交联点的多重交联网络结构的PVA基纳米复合水凝胶；由于复合体系中含有大量羧基、羟基、邻苯二酚基、醌基、氨基等官能团，与基底材料之间的相互作用位点增
[0017]强，粘附强度显著升高；
[0018]·
在仿贻贝粘附水凝胶制备过程中，PDA分子大多以直接混合方式加入聚合物凝胶基体中，由于与基体分子间的作用较弱，导致其在制备及使用过程中易于丧失，所得凝胶粘附性仍较低；本专利技术利用GO
‑
PDA杂化交联剂与CPVA分子间共价/非共价相互作用，形成多重交联网络结构，从而将PDA分子键接于PVA分子交联网络中，有效解决其在制备及使用过程中易于脱落、损失的问题，从而获得高自粘性PVA基
[0019]水凝胶；
[0020]·
利用氧化石墨烯(GO)高增强效应及优异导电性，将多巴胺(DA)接枝于G本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种高自粘性聚乙烯醇基水凝胶，其特征在于该凝胶的制备成型方法包括以下步骤：
·
GO
‑
PDA杂化交联剂的制备将1份氧化石墨烯(GO)、1
‑
50份盐酸多巴胺(DA)超声分散于100
‑
5000份去离子水中，于室温反应30min
‑
5h，随后进行离心、洗涤，干燥后待用；
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高自粘性聚乙烯醇基水凝胶的制备将20份聚乙烯醇(PVA)溶于100
‑
5000份二甲基亚砜，加入1
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10份环状酸酐和0.1
‑
5份三乙胺，于30
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100℃反应1
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15h，随后降至室温，将所得产物倒入丙酮中沉淀、浸泡、洗涤，干燥后获得羧基化聚乙烯醇(CPVA)；其中，聚乙烯醇聚合度为400～3000，醇解度为75～99％；环状酸酐为马来酸酐、丁二酸酐、戊二酸酐、己二酸酐、庚二酸酐、壬二酸酐、邻苯二甲...
【专利技术属性】
技术研发人员：张震，叶林，于亚茹，赵晓文，王光林，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：
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