[发明专利]一种自修复水凝胶及其制备方法

说明书

本发明提供了一种自修复水凝胶及其制备方法。将环糊精与环氧氯丙烷的共聚物与偶氮苯基丙烯酰胺通过主客体络合作用得到交联剂，以此交联剂与丙烯酰胺等水溶性单体共聚得到水凝胶材料。材料发生损伤后，材料断面之间通过反式偶氮苯与环糊精的主客体络合作用完成修复；对材料断面施加紫外光照射，偶氮苯基团变为顺式，自修复能力消失；对材料断面施加蓝光照射，偶氮苯基团变为反式，自修复能力恢复。本发明提供的材料有望用于药物释放，光存储，光开关，防伪技术等领域。

技术领域

本发明涉及智能高分子材料技术领域，具体涉及一种自修复水凝胶及其制备方法。具体来说，是以水溶性单体与环糊精-环氧氯丙烷的共聚物的络合物为交联剂的自修复水凝胶，该凝胶的自修复能力可以通过光照调节。

背景技术

自修复高分子是指在可以对自身缺陷、裂纹和损伤能够自我判断、控制和恢复的一类高分子材料，此类材料在包装、涂料、航空航天和生物医学等领域展现出广阔的应用前景。对修复效率的控制是自修复高分子材料的关键技术，该技术将提升材料功能，拓展材料应用前景。

主客体相互作用是一种发生在主体分子和客体分子之间的超分子作用，具有特异识别性、动态性和可逆性等特点。基于主客体相互作用的水凝胶是一类重要的自修复材料。Harada等利用环糊精与二茂铁的相互作用以及二茂铁的氧化还原响应性制备了氧化还原响应性的自修复凝胶，其自修复性能可以通过外加氧化剂和还原剂来调节(M.Nakahata,Y.Takashima,H.Yamaguchi,A.Harada.Nat.Commun.,2011,2,511)；Harada等还利用环糊精与金刚烷的相互作用制备了自修复凝胶，其自修复能力可以通过外加环糊精分子来调节(T.Kakuta,Y.Takashima,M.Nakahata,M.Otsubo,H.Yamaguchi,A.Harada,Adv.Mater.2013,25,2849.)。但上述方法都需要对材料的断面施加化学刺激。Harada亦曾利用环糊精聚合物和含有偶氮苯的聚合物络合制备了粘度随光照变化的凝胶，但此材料并未表现出自修复性能(S.Tamesue,Y.Takashima,H.Yamaguchi,S.Shinkai,Akira Harada,Angew.Chem.Int.Ed.2010,122,7623.)。Chen等人利用环糊精聚合物与含溴萘的聚合物制备了自修复凝胶，但并未提出对材料的修复能力进行调控的方法(H.Chen,X.Ma,S.Wu,H.Tian,Angew.Chem.Int.Ed.2014,53,14149)。此外，以上研究，对于含有环糊精的聚合物的制备，皆以价格昂贵的氨基环糊精为前体，制备成本比较高。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种自修复水凝胶及其制备方法。

针对目前自修复水凝胶的技术不足，本发明利用环糊精和偶氮苯的主客体间的相互作用，合成了一种超分子交联剂，这种超分子交联剂中的超分子作用可以通过光照来调节，该方法比化学调节更为方便，实现了对超分子水凝胶自修复性能的精确控制和远程控制；采用环糊精-环氧氯丙烷共聚物作为超分子交联剂的前驱体，避免使用了昂贵的氨基环糊精，降低了制备成本。

本发明提供的自修复水凝胶体系，由原料组合物反应得到，该原料组合物包含水溶性单体、交联剂和引发剂，水溶性单体为甲基丙烯酸、丙烯酸、丙烯酸-2-羟基乙酯、甲基丙烯酸-2-羟基羟乙酯、N-乙烯吡咯烷酮、烯丙基胺和氮异丙基丙烯酰胺中的一种以上，引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化二苯甲酰、二叔丁基过氧化物、过硫酸钾、过硫酸铵、过氧化氢、硫酸亚铁和亚硫酸氢钠中的一种以上，交联剂为环糊精-环氧氯丙烷的共聚物与偶氮苯基丙烯酰胺的络合物。