一种基于光聚合聚丁二炔分子的机械性能增强型水凝胶及其制备方法

本发明属于水凝胶，具体涉及一种基于光聚合聚丁二炔分子的机械性能增强型水凝胶及其制备方法。

背景技术：

1、水凝胶是由大量的水和三维的聚合物网络组成，具有适合可调的力学性能，已经被广泛应用于各个领域，例如药物传送、穿戴电子设备、环境保护等。水凝胶通常有天然水凝胶和合成水凝胶之分，天然水凝胶通常是由天然的高分子材料制备的，如海藻酸钠、壳聚糖等。这类水凝胶具有良好的生物相容性，但是强度通常较低，因此应用范围较窄。而合成水凝胶通常是由合成的高分子材料制备的，如聚乙烯醇、聚丙烯酰胺等。这类水凝胶可以通过引入额外的结构和交联机制，制备出高强度的水凝胶。

2、聚乙烯醇(polyvinyl alcohol，pva)是一种化学稳定、无毒、生物相容性好、可降解性、易加工的高分子材料，被广泛用于水凝胶的研究和制备。对于纯的pva水凝胶，由于缺少交联机制和能量损耗机制，pva水凝胶的机械性能和弹性较差。

3、目前为了获得坚韧且具有良好弹性的pva水凝胶，已经开发了多种方法。fang等人通过将4-羧基苯甲醛(cba)接枝到pva上，然后在乙醇和水中连续透析来制备了pva-cba水凝胶。原位形成的动态疏水域解决了水凝胶高强度和良好自修复能力之间的矛盾，由于氢键的存在，疏水域可以可逆地断裂和重组，使断裂的水凝胶在室温下快速有效地自修复，恢复其原有的机械强度。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在纯pva水凝胶机型性能差等问题，本发明提供了一种基于光聚合聚丁二炔分子的机械性能增强型水凝胶及其制备方法，该制备方法是在pva中引入含有丁二炔结构的分子，如10，12-二十五二炔酸(10,12-pentacosadiynoic acid，pcda)、10，12-二十三碳二炔酸(10,12-tricosadiynoic acid，tcda)等，通过氢键等分子间作用力，增加pva的交联密度，从而使制备得到的水凝胶具有较好的机械性能，并且由于含有丁二炔结构的分子能够响应与紫外光照，可聚合形成聚丁二炔分子(polydiacetylene，pda)，形成具有三键和双键相互交替的共轭结构，进一步得到新的增强型水凝胶。由于pda的光学性质能够被外部刺激所改变，因此通过紫外光照得到的水凝胶能够相应于外部刺激，产生独特的光学信号的变化。

2、本发明通过如下技术方案实现：

3、一种基于光聚合聚丁二炔分子的机械性能增强型水凝胶的制备方法，具体包括如下步骤：

4、步骤一：基于含有丁二炔结构的分子的囊泡的制备；

5、将具有丁二炔结构的分子在氯仿溶液中溶解，使用氮气流蒸发溶剂，加入去离子水，并且在一定温度的水下超声，随后在一定温度下保持一定时间，得到基于含有丁二炔结构的分子的聚集体溶液，之后将基于含有丁二炔结构的分子的聚集体溶液通过0.45μm针式过滤器过滤除去大颗粒聚集体，得到基于含有丁二炔结构的分子的囊泡溶液；

6、步骤二：pva-cba的制备；

7、按照一定比例称取pva及对cba，加入溶剂中溶解，然后在乙醇中沉淀，最后使用四氢呋喃洗涤，洗涤完毕后放入真空干燥箱烘干，得到pva-cba；

8、步骤三：pva-cba-丁二炔分子水凝胶的制备；

9、将步骤二制备的pva-cba在去离子水中溶解，然后将步骤一制备的基于含有丁二炔结构的分子的囊泡溶液加入到pva-cba的水溶液中，常温下搅拌5h，倒入聚四氟乙烯模具中，最后在40℃下干燥5-9天，得到pva-cba-丁二炔分子水凝胶。

10、进一步地，步骤一中，所述含有丁二炔结构的分子为10，12-二十五二炔酸(10,12-pentacosadiynoic acid，pcda)或10，12-二十三碳二炔酸(10,12-tricosadiynoic acid，tcda)。

11、进一步地，步骤一中，水下超声的温度范围为75℃，并在4℃下保持12h。

12、进一步地，步骤二中，所述pva与cba的摩尔比为40:1。

13、进一步地，步骤二中，所述溶剂为二甲基亚砜及盐酸的混合溶液。

14、进一步地，步骤三中，所述pva-cba与基于含有丁二炔结构的分子的囊泡溶液的摩尔比为400:1。

15、进一步地，步骤三中，所述pva-cba在85℃下搅拌溶解。

16、进一步地，所述方法还包括：

17、将制备得到的pva-cba-丁二炔分子水凝胶在254nm的紫外光照射一定时间，聚合形成pva-cba-聚丁二炔分子水凝胶。

18、进一步地，所述一定时间为30min。

19、与现有技术相比，本发明的优点如下：

20、本发明的一种增强型pva水凝胶及其制备方法，在pva中引入含有丁二炔结构的分子，以氢键等分子间作用力，增加pva的交联密度，从而使制备得到的水凝胶具有较好的机械性能，并且由于含有丁二炔结构的分子能够响应与紫外光照，可聚合形成pda，形成具有三键和双键相互交替的共轭结构，进一步得到新的增强型水凝胶。

1.一种基于光聚合聚丁二炔分子的机械性能增强型水凝胶的制备方法，具体包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的一种基于光聚合聚丁二炔分子的机械性能增强型水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述含有丁二炔结构的分子为10，12-二十五二炔酸或10，12-二十三碳二炔酸。

3.如权利要求1所述的一种基于光聚合聚丁二炔分子的机械性能增强型水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤一中，水下超声的温度范围为75℃，并在4℃下保持12h。

4.如权利要求1所述的一种基于光聚合聚丁二炔分子的机械性能增强型水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤二中，所述pva与cba的摩尔比为40:1。

5.如权利要求1所述的一种基于光聚合聚丁二炔分子的机械性能增强型水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤二中，所述溶剂为二甲基亚砜及盐酸的混合溶液。

6.如权利要求1所述的一种基于光聚合聚丁二炔分子的机械性能增强型水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤二中，所述pva-cba与基于含有丁二炔结构的分子的囊泡溶液的摩尔比为400:1。

7.如权利要求1所述的一种基于光聚合聚丁二炔分子的机械性能增强型水凝胶的制备方法，其特征在于，所述pva-cba在85℃下搅拌溶解。

8.如权利要求1所述的一种基于光聚合聚丁二炔分子的机械性能增强型水凝胶的制备方法，其特征在于，所述方法还包括：

9.如权利要求1所述的一种基于光聚合聚丁二炔分子的机械性能增强型水凝胶的制备方法，其特征在于，所述一定时间为30min。

10.一种基于光聚合聚丁二炔分子的机械性能增强型水凝胶，其特征在于，由权利要求1-9任一项所述的方法制备得到。