[发明专利]一种水凝胶组装体、其制备方法和应用

说明书

本申请公开了一种水凝胶组装自粘合材料，包括水凝胶聚合物；所述水凝胶聚合物表面包含主体单元和客体单元；所述主体单元为具有β‑环糊精结构的单元，所述客体单元为具有金刚烷结构的单元。本发明提供的水凝胶组装体通过控制凝胶的形态、聚合物的分子量或者主/客体的含量实现了可调控的组装或者去组装，可灵活地应用于器件封装领域。

技术领域

本发明属于高分子化学技术领域，涉及一种水凝胶组装体、其制备方法和应用，更具体地涉及一种基于主客体识别作用的宏观组装方法。

背景技术

水凝胶是一种以水为分散介质的高分子聚合物网络体系，而刺激响应性水凝胶是一类重要分支，其指在一定的外界条件刺激下，凝胶会发生相应的体积或者形状变化。这种刺激响应性使得水凝胶在器件构筑方面的展现出巨大的应用前景，因而受到了研究人员的广泛关注。

一般来说，水凝胶的刺激响应行为是各向同性的，这意味着刺激响应行为在所有方向上均匀发生，但这种各向同性行为不利于可控形变和驱动的有效实现。因此，各项异性器件的构筑才是亟待解决的问题。目前已有多种方法实现各项异性水凝胶器件的构筑，其中宏观组装就是一种新颖的策略。但目前已有的宏观组装策略中都缺乏普适性和可控性，只能在特定的基底上实现或者对于组装强度无法实现调控。Harada等(Harada A,Kobayashi R,Takashima Y,Hashidzume A,Yamaguchi H.Macroscopic Self-assemblythrough Molecular Recognition.Nature Chemistry,2011,3,34-37.)分别将环糊精和金刚烷基团浸入聚丙烯酰胺水凝胶网络，得到的主、客体凝胶在超分子作用下形成有序分布的组装体，但是这样的组装体基底的机械性能较差，难以实现实际应用。为了进一步改善界面组装的可控性，石峰等选择在聚二甲基硅氧烷块体表面通过层层组装的方式制备了聚电解质层。电解质层作为“柔性间隔层”增加了组装体之间的结合作用，使其获得了更为稳定的宏观组装体。但是组装体之间作用力难以实现有效调控。

以上方法虽然在一定程度上都实现了宏观组装，但都存在一些缺陷，比如应用范围较窄、普适性差，组装强度不能实现有效地调控使得组装的灵活性下降。

发明内容

本发明的目的就是针对现有组装方法的不足，提供一种普适性高、可控性强的宏观自组装新策略。

本发明主要内容是在聚丙烯酸酯类聚合物水凝胶表面修饰α-溴异丁酸酯基团，通过表面引发原子转移自由基聚合反应，将具有式II所示化学式的含有主体(例如环糊精)单元的单体或者具有式II所示化学式的含有客体(例如金刚烷)单元的单体与具有式III所述化学式的亲水单体，比如甲基丙烯酸-2-(二甲氨基)乙酯共聚，在凝胶表面分别合成主、客体聚合物。这样两块水凝胶表面通过聚合物之间发生主客体识别作用实现组装并形成较强的组装界面。此外，可以通过聚合物的分子量或者聚合物的主/客体含量实现主客体作用的调控，从而实现组装体之间强度的调控，并进一步地实现解组装。

本发明的一个方面提供了一种水凝胶组装自粘合材料，包括水凝胶聚合物；

所述水凝胶聚合物表面包含主体单元和客体单元；

所述水凝胶聚合物表面包含主体聚合物刷和客体聚合物刷；

所述主体聚合物刷包含β-环糊精结构的单元，所述客体聚合物刷包含金刚烷结构的单元。

在优选的实施方式中，所述水凝胶聚合物由包含具有式I所示化学式的单体、具有式II所示化学式的单体与具有式III所示化学式的单体聚合得到：

式I中，R₁选自C₁～C₅的烷基；R₂为金刚烷基；