[发明专利]一种金属离子配位作用增强的温敏性导电水凝胶及其制备方法

说明书

本发明涉及一种金属离子配位作用增强的温敏性导电水凝胶的制备方法，属于温敏性导电水凝胶技术领域。所述方法包括：(1)将单体乙烯基咪唑和N‑异丙基丙烯酰胺溶解在去离子水中，然后加入交联剂、引发剂、加速剂，溶解且混合均匀后进行预聚合，待反应完全，得化学交联的水凝胶前驱体；(2)将步骤(1)制得的水凝胶前驱体取出，浸泡于含有二价金属锌、铜、钴、镍离子的溶液中进行配位，然后浸泡于水中去除多余的未配位的离子，并达到溶胀平衡，即得金属离子配位的温敏性导电水凝胶。本发明首先利用金属离子和特定配位体之间的可逆物理交联，实现了对凝胶机械强度的调控，并且凝胶具有快速响应的温敏性和导电性。

技术领域

本发明属于高强度温敏性导电水凝胶技术领域，尤其涉及一种金属离子配位作用增强的温敏性导电水凝胶及其制备方法。

背景技术

水凝胶作为一类软物质材料，因其良好的生物相容性和刺激响应性，在材料、生药等诸多领域受到了广泛关注。水凝胶材料的应用通常受到两个方面的限制，一方面由于水凝胶本身材料“软”的特点，其强度往往较低；另一方面，许多刺激响应性凝胶的响应速率较慢，这在一定程度上限制水凝胶的广泛应用。一般情况下，当水凝胶的网络结构中吸收大量水，展现出良好溶胀性能的同时，其力学性能会大大减弱。因此，若想实现像生物体内的类凝胶组织一样，能具有较大的强度，和较高的负载能力，制备机械性能良好的高强度水凝胶，成为该领域的研究热点之一。

对水凝胶的另一个设计方向是实现它的快速响应性，温敏性是刺激响应性材料中一类非常重要的性质。温敏性聚合物作为一类典型的刺激响应性聚合物，在特定温度下会发生体积相转变，从而使其溶解状态改变，这种体积相改变来源于聚合物水合状态的改变。若聚合物溶液在温度低于某一温度时表现出单相，而高于该温度时发生相分离，则该温度是位于该聚合物溶液的浓度-温度相图上相分离曲线上的最低点，称这种聚合物具有最低共溶温度(LCST)。反之，称为最高共溶温度(UCST)。

目前，一些研究利用金属离子配位改善水凝胶的性能，例如，专利申请201710299845.9公开了一种金属离子配位天然高分子/聚丙烯酸自修复凝胶制备方法，利用天然高分子壳聚糖和聚丙烯酸反应，再加入金属离子参与配位制备力学性能良好并具有自修复功能的水凝胶。羟乙基纤维素、聚丙烯酸、金属离子直接发生配位反应，制备出绿色环保、力学性能良好的自修复水凝胶。该方法利用简便环保的方法制备出一种多种物理作用结合的双网络水凝胶，这些动态可逆的物理作用赋予了水凝胶一定的机械强度和良好的自修复能力。本发明所制备的复合水凝胶具有良好的力学性能及常温下优异的自修复性能。

专利申请201710448483.5公开了一种金属配位物理水凝胶薄膜的制备方法，包括：单体I(丙烯酸)、单体II(丙烯酰胺或N-异丙基丙烯酰胺)、过硫酸钾和去离子水混合后，通入惰性气体，静置后加入四甲基乙二胺，室温下放置得到聚合物溶液，将聚合物溶液旋涂在基片上，得到液膜层，液膜层浸泡在金属离子溶液中得到物理水凝胶薄膜，将物理水凝胶薄膜与基片分离，浸泡在去离子水中，得到金属配位(金属离子与丙烯酸)物理水凝胶薄膜。

专利申请201510778176.4公开了一种化学交联与金属离子络合(多酚与金属离子配位)的互穿网络水凝胶的制备方法，其水凝胶是两种网络的相互贯穿缠结而形成的一类多相连续的水凝胶。该方法通过利用胺基-环氧聚合反应控制聚合物链连接点的位置和数量，利用点击化学反应制得第一种聚合网络结构；多巴胺拥有很好的细胞相容性、生物兼容性等优良特性。

上述制备水凝胶均利用的是金属离子与羧基、酚羟基之间的配位作用(即配体为含氧官能团)，是本领域实验中常见的配位方式，该配位方式和机理的研究已经较为成熟。另外，目前，制备高强度水凝胶常包含复杂的有机合成步骤，制备方法繁琐,制得的高强度水凝胶缺乏快速有效的响应机制，应用领域单一。因此，有必要研究一种新的温敏性导电水凝胶及其制备方法。

发明内容