[发明专利]一种具有信息保密与传递功能的高分子双网络水凝胶及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有信息保密与传递功能的高分子双网络水凝胶及其制备方法。该高分子双网络水凝胶通过在聚乙烯醇水溶液中加入聚丙烯酸钠和聚烯丙胺盐酸盐聚电解质溶液混合形成。聚丙烯酸钠和聚烯丙胺盐酸盐聚电解质溶液混合缠结会变成不透明的溶液再添加聚乙烯醇提升整体的性能，而当聚电解质溶液干燥后发生相分离整体变得透明，以此原理将需要保密的信息在制备双网络水凝胶的时候放入材料之中进行封装，以此达到信息的保密与传递目的。本发明将具有相分离特性的聚电解质运用到信息保密与传递的材料领域，并赋予材料导电和可调控透明特性（湿度响应性）。

技术领域

本发明涉及一种具有信息保密与传递功能的高分子双网络水凝胶及其制备方法，属于高分子生物材料技术领域。

背景技术

可调控透明度材料是受到大自然的启发，模仿生物体变色伪装，例如变色蜥蜴和章鱼等，它们可以调整自身身体颜色来伪装或在特定环境中交流。而生物体内组织的这些颜色变化是由环境刺激引发的各种复杂的运动/变形和光学性质的变化引起的，生物启发的可调控材料通过外触发可调透明性机制，使材料的不透明或者透明能够得以可调控的一种仿生材料。

目前，双网络水凝胶在可调透明度（湿度响应）领域已经有了一定的进展，一般是由有机/水凝胶杂化物，能够在不同溶剂中可逆地转换或者调节其聚合物链状态的水凝胶，进而可以调节透明度。Cong Li等（Adv. Funct. Mater. 2020, 2002163）通过依靠编程的氨解过程，可以实现位点特定的“原位”转化，从而产生具有不同图案和形态的有机/水二元凝胶，使其能够在不同溶剂中具有可控手性的2D片状和3D螺旋之间可逆转化，以及核-壳结构有机/水凝胶杂化，实现机械性能和透明度的调节。Chiaki Nakamura等（Ind. Eng.Chem. Res.2019, 58, 6424−6428）通过聚合物通过水合和脱水获得热响应性。在低温下，它通过吸水膨胀，使溶液透明。随着温度的升高，纤维会释放水分并收缩，造成分散。因此，只需要促进脱水反应，并调整转变温度，以此调整温度从而引发透明度变化。但是，这些水凝胶设计较为复杂，工艺化难度高，且柔性和韧性无法满足实际使用需求，并且在信息的保密与传递几乎未有应用。

利用聚电解制备的水凝胶虽有相分离的特性，可以实现可调控透明度（湿度响应），但在实际使用中，机械性很差，韧性较差，且自愈性能也较差。由于水凝胶在应用中需要较长的使用时间，而提供自愈性能够延长使用寿命，通过引入第二个物理交联氢键网络，赋予水凝胶综合的强度和韧性以及自愈性能。双物理交联网络的动态特性使其具有优异的能量耗散和自愈性能。因此我们选用聚电解质聚丙烯酸钠和聚烯丙胺盐酸盐制备信息保密与传递高分子双网络水凝胶，其有聚电解质的相分离或相转变的特性，可以提供调控透明度（湿度响应）的特性，又有着作为导电的介质，提供导电特性，另外结合常见的聚乙烯醇，三者之间可以产生氢键，且他们之间有离子相互作用，整体提升材料的机械性能与自愈合性能。

发明内容

鉴于现有技术中存在上述技术和选材的一些问题，本发明提供一种基于聚乙烯醇，聚丙烯酸钠和聚烯丙胺盐酸盐的高分子双网络水凝胶及其制备方法，由此提高其机械性能，自愈性能和生物相容性。由于本发明所用材料都很常见且凝胶整体表现良好的可调透明性，机械性能，自愈合性，本发明有望具有良好的应用前景。

为达成上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种具有信息保密与传递功能的高分子双网络水凝胶及其制备方法，所述高分子双网络水凝胶由聚乙烯醇，聚丙烯酸钠和聚烯丙胺盐酸盐合成，所述聚丙烯酸钠与聚烯丙胺盐酸的聚电解质溶液在聚乙烯醇水溶液中发生链缠结反应，且聚丙烯酸钠与聚烯丙胺盐酸盐的聚电解质分子链发生链缠结而联结在一起，并与聚乙烯醇分子链进行缠绕；进行信息保密与传递时，通过将所需要传递的信息用记号书写在纸上或橡胶片上，然后在凝胶成型前包埋在内部，凝胶经过一次冻融成型后即可得到信息保密与传递的高分子双网络水凝胶。

进一步的，包括如下步骤，

步骤1：在容器中加入聚乙烯醇水溶液，在95℃时搅拌混合溶液15 min；