[发明专利]一种抗冰水凝胶粘结材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于水凝胶制备方法技术领域，具体涉及一种抗冰水凝胶粘结材料及其制备方法和应用。本发明提供了一种抗冰水凝胶粘结材料，以丙三醇、氯化钙、聚乙烯亚胺(PEI)、丙烯酰胺单体(AM)为原料，在交联剂和光引发剂存在的条件下，通过波长为365nm紫外光照射下，即得到所述的抗冰水凝胶粘结材料。本发明所制备的抗冰水凝胶粘结材料性能优于现存的水凝胶粘结材料，解决了传统水凝胶粘结材料在低温下结冰，无法在低温下(如‑40℃)直接使用的问题。并且该抗冰水凝胶粘结材料具备多种性能，包括抗冰性、粘结性、保水性和导电性，尤其在低温粘结方面，可在‑40℃恶劣的低温环境下实现可逆粘结，能重复使用。

技术领域

本发明属于水凝胶制备技术领域，具体涉及一种适用于低温环境、可实现可逆粘结的抗冰水凝胶粘结材料和该材料的制备方法及应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

水凝胶粘结材料在许多领域中都有潜在的应用价值，例如柔性电子、可穿戴设备、伤口愈合和软骨修复等领域。然而，当温度在零度以下时，例如在北极和南极寒冷的环境下，普通水凝胶材料会被冻住，难以直接在低温环境下直接使用。所以需要研发出能够在低温环境下(例如-40℃)能够直接使用的水凝胶材料。聚乙烯亚胺(PEI)是一种功能性高分子，特别是支链状聚乙烯亚胺带有许多氨基，将聚乙烯亚胺(PEI)引入水凝胶网格中可以使水凝胶材料具备良好的粘结性。

醇类和金属盐离子是常用的抗冻剂，通过在水凝胶网络中添加抗冻剂可以使水凝胶具备良好的抗冻性能。然而，目前所存在的抗冻水凝胶不具备低温粘结性能，无法在低温(例如-40℃)实现可逆粘结。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，为了解决传统水凝胶材料无法抗冰和现存的抗冰水凝胶难以在低温(-40℃)下实现可逆粘结的问题，本发明提出了一种利用丙三醇、氯化钙、聚乙烯亚胺和丙烯酰胺单体为原料制备抗冰水凝胶粘结材料的方法。该水凝胶是一种多功能醇-离子杂化水凝胶，具备多种性能，包括抗冰性、粘结性、保水性和导电性，尤其在低温粘结方面，可在-40℃恶劣的低温环境下实现可逆粘结。

基于上述技术效果，本发明提供以下技术方案：

本发明第一方面，提供一种抗冰水凝胶粘结材料，所述粘结材料的制备原料包括抗冰剂、聚乙烯亚胺、丙酰胺单体、交联剂及光引发剂；

所述抗冰剂为丙三醇与氯化钙；

现有的水凝胶粘结材料在低温(-10～-40℃)条件下会被冷冻失去粘结性能，更无法实现低温条件下的可逆粘结。本发明联想到通过向水凝胶网格中加入抗冰剂(如丙三醇和氯化钙)来实现水凝胶的抗冰性能，该水凝胶网格结构由聚丙烯酰胺(PAM)和聚乙烯亚胺(PEI)通过共价键和动态的氢键共同组合而成，丙三醇、氯化钙和水的混合溶液存在水凝胶网格中。所发明的水凝胶能够在低温条件下不被冷冻、同时能够保持粘结性能，并且该粘结性能随着温度降低而提高，能够很好的适应低温下对金属材料的粘接工作。

其中，所述交联剂用于聚合丙烯酰胺单体(AM)以形成聚丙烯酰胺网格(PAM)；所述光引发剂用于在紫外光条件下引发聚合反应，同时引发聚丙烯酰胺(PAM)和聚乙烯亚胺(PEI)反应，使该两种高分子之间形成共价键。

选用本领域常用的聚合物交联剂及光引发剂均可实现上述效果。优选的方案中，所述交联剂为N,N'-亚甲基双丙烯酰胺(BAM)；光引发剂为光引发剂2960。

本发明第二方面，提供第一方面所述抗冰水凝粘胶材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：将聚乙烯亚胺(PEI)、丙烯酰胺单体(AM)、交联剂及光引发剂溶于氯化钙-丙三醇混合溶液中，获得水凝胶预聚液，经过磁力搅拌和超声振动后获得均匀的水凝胶预聚液，并通过紫外光照射得到所述的抗冰水凝胶粘结材料。