[发明专利]一种减阻型快速自愈合水凝胶及其制备方法

说明书

本发明公开了一种减阻型快速自愈合水凝胶及其制备方法，本发明通过使用聚乙烯醇(PVA)、硼砂和聚环氧乙烷(PEO)为原料，采用一步法制备水凝胶。摩擦试验测试表明，水凝胶的摩擦系数低，最小摩擦系数达到0.092。水凝胶在空气中愈合30秒后即可实现自愈合，而且在水下显示出优异的自愈特性。该减阻型自愈合水凝胶由于低摩擦和自愈合特性，在柔性机器人、智能材料、生物医药、油气化工等领域，具有重要应用前景。

技术领域

本发明属于新材料技术领域，具体涉及到一种减阻型快速自愈合水凝胶及其制备方法。

背景技术

当一个物体和另一个物体沿接触面的切线方向运动或有相对运动的趋势时，接触面之间存在一个阻碍其相对运动的力，这种力被称为摩擦力。接触面之间的这种现象被称为“摩擦”，其中一个或两个表面逐渐地被磨损，因此需要润滑的状态，以尽量减少对立表面之间的剪切应力。这种剪切应力的减少以摩擦系数(COF)为特征。每年与摩擦接触有关的摩擦和磨损占全球能源消耗的23％左右，因此减少摩擦，对节能及绿色发展具有重要意义。

水凝胶因其良好的润湿性、灵敏性、低摩擦性和生物相容性，被广泛用于水润滑和摩擦领域，如人工软骨。聚乙烯醇(PVA)水凝胶，与软骨相似，具有孔隙结构和良好的亲水性。在湿润环境下的磨损过程中，储存在孔隙中的水因外部负荷而被挤出，形成流体润滑，从而实现低摩擦系数。PVA水凝胶具有良好的摩擦特性，因此在工程润滑中具有良好的应用前景，具有很大的研究价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种减阻型快速自愈合水凝胶及其制备方法，该方法制得的水凝胶具有优异的低摩擦性能，并且该材料在受到外力破坏，损伤后能快速自修复。

为达上述目的，本发明提供了一种减阻型快速自愈合水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

(1)将聚环氧乙烷(PEO)加入硼砂溶液中，制得硼砂/PEO水溶液；

(2)将硼砂/PEO水溶液于搅拌状态下加入PVA水溶液中，搅拌20～40min后压制成型，制得水凝胶。

进一步地，PEO的重均分子量为150000～670000。

进一步地，硼砂溶液通过将硼砂于去离子水中超声搅拌制得，硼砂溶液的浓度为1.3～1.4wt％。

进一步地，硼砂/PEO水溶液中聚环氧乙烷与硼砂的质量比为0.5～1.5:0.7。

进一步地，PVA水溶液的制备方法包括以下步骤：将聚乙烯醇与去离子水混合后，于90～100℃条件下搅拌3～5h。

进一步地，PVA水溶液的浓度为10～20wt％，其中聚乙烯醇的重均分子量为40000～110000，醇解度为99％。

综上所述，本发明具有以下优点：

1、本发明制备的减阻型快速自愈合水凝胶具有优异的低摩擦性能，并且该材料在受到损伤后能快速自修复；

2、本发明提供的制备方法简便，材料简单易得，无毒且据有良好的生物相容性，可以用于生物医学，自修复润滑器件等领域，具有广泛的应用前景；

3、本发明在PVA水凝胶的基础上，引入动态交联结构赋予水凝胶自修复功能，同时结合表面的聚合物分子刷提供润滑功能，实现了水凝胶材料低摩擦以及自修复的双重功能。

附图说明

图1为实施例1中制备的减阻型快速自愈合水凝胶与常规PVA水凝胶在玻璃板和硅胶板上滑动的对比图；

其中图1(a)为倾斜角为10°的玻璃板；图1(b)为倾斜角为20°的硅胶板；

图2为实施例1～3制备的减阻型快速自愈合水凝胶与常规PVA水凝胶的摩擦系数以及摩擦系数点线图；