CN110437472B - 一种高强度、盐响应的双网络水凝胶及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高分子水凝胶领域,具体公开了一种高强度、盐响应的双网络水凝胶,其表面摩擦/润滑可调,表面在水中摩擦、在盐水中润滑;所述双网络水凝胶通过将两性离子单体、引发剂、交联剂溶于水,再加入水溶性聚合物,混合得到反应液;在惰性气体保护下,将所述反应液注入模具中,经自由基聚合反应制得。本发明还公开了上述双网络水凝胶在制备摩擦/润滑表面中的应用。本发明物理‑化学双网络水凝胶具有良好的力学性能和盐响应性,在水中表面表现出摩擦性能,在盐水中表面表现出润滑性能,可通过控制水凝胶中两性离子的含量,以及水凝胶所处盐溶液环境来调节表面摩擦/润滑性能。
Description
技术领域
本发明属于高分子水凝胶技术领域,具体涉及一种高强度、盐响应的双网络水凝胶及其应用。
背景技术
水凝胶是一种由亲水聚合物通过交联方式形成三维网状结构的软材料,其含水量可高达95%,具有较好的生物相容性。水凝胶的高保水性和生物相容性使其成为非常重要的软材料,在生物医学领域应用前景非常广阔。此外,将刺激响应性聚合物通过物理或化学的方式交联可制备得到智能水凝胶,通过改变外界环境条件(如:温度、pH、光、电场、离子等),诱导智能水凝胶体积、形状或其他物理化学性质发生变化,可被应用于生物医学和工业应用等领域。
摩擦与润滑是一对矛盾体,人和动物的关节软骨在骨液环境中表现出优异的润滑性能,而行走往往需要足够的摩擦力支撑。而将刺激响应性聚合物引入水凝胶中,可以进一步得到性能可控的智能水凝胶,这使得在水凝胶上同时体现摩擦/润滑性能成为可能。
盐溶液在日常生活和工业生产中大量存在,如生物体内液态环境、海洋和工业废水等,因此,盐响应性聚合物具有来源广、成本低和易处理等优势。传统的盐响应性聚合物为聚电解质型,即在水中溶胀(润滑),在盐水中收缩(摩擦),典型的有聚甲基丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵,然而,这种传统水凝胶无法在盐溶液中构建润滑表面,大大限制了水凝胶的应用范围。
因此,为了进一步扩大水凝胶的应用范围,亟待开发出一类机械强度高、表面摩擦/润滑可调(其表面在水中摩擦,在盐水中润滑)的盐响应型水凝胶。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种高强度、盐响应的双网络水凝胶,该水凝胶强度高、表面可调节为在水中摩擦,在盐水中润滑,提高了水凝胶的智能性,进一步扩宽了盐响应型水凝胶的应用范围。
本发明的另一目的还在于提供了上述高强度、盐响应的双网络水凝胶在制备摩擦/润滑表面中的应用。
为了实现上述目的,本发明的技术方案如下:
一种高强度、盐响应的双网络水凝胶,所述双网络水凝胶表面的摩擦/润滑可调,其表面在水中摩擦、在盐水中润滑;
所述双网络水凝胶通过将两性离子单体、引发剂、交联剂溶于水,再加入水溶性聚合物,混合得到反应液;在惰性气体保护下,将所述反应液注入模具中,经自由基聚合反应制得。
本发明基于一锅反应制备得到具有物理-化学双网络结构的水凝胶,其中,水溶性聚合物构成物理凝胶,盐响应性单体两性离子经过紫外光聚合构成化学凝胶,该水凝胶结合了双网络结构的高机械性能和两性离子聚合物的反聚电解质效应,不仅使得水凝胶具有较高力学性能,还可以通过调控水凝胶所在环境的盐浓度和盐种类,进而调控水凝胶表面摩擦/润滑性能,使其表面在水中摩擦,在盐水中润滑,大大提高了水凝胶的智能性。
所述两性离子单体、水溶性聚合物、交联剂和引发剂的质量比为100:4~30:0.5~3:0.5~5。作为优选,所述两性离子单体、水溶性聚合物、交联剂和引发剂的质量比为100:4~10:0.05~10:2~3。
作为优选,所述双网络水凝胶通过将两性离子共聚物、引发剂、交联剂溶于水再加入水溶性聚合物混合得到反应液;在惰性气体保护下,将所述反应液注入模具中,经自由基聚合反应制得。
所述两性离子共聚物由两性离子单体与水溶性单体共聚得到;所述水溶性单体为丙烯酰胺、N-(2-羟乙基)丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、苯乙烯磺酸钠、烯丙基胺盐酸盐、N-乙烯基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺或甲基丙烯酸二甲氨基乙酯。
这是由于两性离子单体活性较低,自由基活性较高,引发聚合速度慢;而水溶性单体活性较高,自由基活性较低,其与两性离子单体形成的两性离子共聚物的活性高,引发聚合速度快,可进一步提高双网络水凝胶的机械性能。
所述两性离子单体、水溶性单体、水溶性聚合物、交联剂和引发剂的质量比为100:30~300:4~30:0.5~3:0.5~5。
所述两性离子单体为以乙烯基或苯乙烯基为可聚成分,以季铵盐、吡啶盐、咪唑盐或甲硫盐为阳离子成分,以羧酸盐或磺酸盐为阴离子成分的两性离子单体。
作为优选,所述两性离子单体为3-(1-(4-乙烯基苄基)-1H-咪唑-3-鎓)丙烷-1-磺酸盐(VBIPS)、磺酸甜菜碱(SBMA)、苯乙烯基吡啶乙磺酸(SVBP)或羧酸甜菜碱(CBMA)。
所述水溶性聚合物为聚乙烯醇、海藻酸盐、琼脂糖、透明质酸钠、壳聚糖和明胶中的任意一种或多种。作为优选,所述水溶性聚合物为聚乙烯醇、海藻酸盐、琼脂糖和透明质酸钠中的任意一种或多种。
这是由于优选的水溶性聚合物可以形成更好的物理凝胶网络,可与两性离子聚合物网络形成物理-化学双网络凝胶的特征。
所述交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺。所述的引发剂为2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮或2-羟基-2-甲基-1-苯基甲酮,优选为2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮。
所述自由基聚合反应为紫外光引发自由基聚合反应,具体条件为:紫外光波长为365nm,功率为8W,光引发距离为10~30cm,光照时间为30~300min。所述光照时间优选为60~180min。
所述模具由两片5×5cm的石英玻璃夹着一片硅胶垫片构成,所述硅胶垫片的厚度为0.5~100mm,进一步优选为0.5~50mm。硅胶垫片的厚度控制水凝胶厚度。
所述的高强度、盐响应的双网络水凝胶的拉伸强度为0.08~5MPa,进一步优选为0.1~2MPa。
本发明还公开了上述高强度盐响应双网络水凝胶在制备摩擦/润滑表面中的应用。具体可应用于传送带、人造骨膜或血管扩充器等可通过盐溶液加以调控表面摩擦性能的材料。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
(1)本发明通过混合水溶性聚合物和两性离子制得物理-化学双网络水凝胶,具有良好的力学性能和盐响应性,其表面在水中表现出摩擦性能,在盐水中表现出润滑性能,其表面摩擦/润滑可调。
(2)本发明所需化学药品均具有良好的生物相容性,水凝胶一锅制备得到,制备方法简单,反应条件温和,适合大规模推广应用。
(3)本发明所提供的盐响应双网络水凝胶,还可通过控制水凝胶中两性离子的含量以及水凝胶所处盐溶液环境来调节表面摩擦/润滑性能,提高了水凝胶的智能性,进一步扩大了盐响应型水凝胶的应用范围。
附图说明
图1为实施例1中制备的双网络水凝胶在水和盐水切换下水凝胶表面摩擦系数变化图;
图2为实施例1中通过改变VBIPS和HEAA用量比制得的双网络水凝胶的力学性能表征图;
图3为实施例1中制备的双网络水凝胶的拉伸-回复图;
图4为实施例1中制备的高强度盐响应水凝胶分别在水和盐水中的表面摩擦/润滑应用图。
具体实施方式
通过下面给出的本发明的具体实施例可以进一步清楚地理解本发明,但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
取9g两性离子3-(1-(4-乙烯基苄基)-1H-咪唑-3-鎓)丙烷-1-磺酸盐(VBIPS),3gN-(2-羟乙基)丙烯酰胺(HEAA),65mg N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)和0.2g光引发剂2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮溶解于20g去离子水中,然后加入0.37g海藻酸钠(SA),置于60℃水浴中搅拌溶解,通氮气除氧,接着超声15min出去气泡,在溶液未冷却凝固前注入自制模具中,模具由两层石英玻璃和1mm厚度的硅胶垫片组成,然后置于波长为365nm、功率为8W的紫外灯下光聚合3h,即得到SA-poly(VBIPS/HEAA)双网络水凝胶。
得到的SA-poly(VBIPS/HEAA)双网络水凝胶在水和1M氯化钠溶液中的摩擦性能如图1所示,由图1可知,其制得的水凝胶在水中表现出高摩擦性,当环境切换为盐水时表现出高润滑性,较好的体现出了水凝胶优异的表面摩擦系数可控性能。
利用不同VBIPS和HEAA用量比制得的SA-poly(VBIPS/HEAA)双网络水凝胶的力学性能表征如图2所示,通过改变两性离子VBIPS和水溶单体HEAA的比例可调节双网络凝胶的力学性能,图中Na-alg/polyHEAA7/VBIPS5指的HEAA与VBIPS的用量比为7:5,此时得到的水凝胶应力高达120Mpa,而进一步提高VBIPS含量至HEAA与VBIPS的用量比为7:6时,水凝胶的应力不升反降至80MPa。
得到的SA-poly(VBIPS/HEAA)双网络水凝胶的拉伸-回复情况如图3所示,该水凝胶在一定外力范围内被拉伸后还能表现出优异的可回复性。
得到的SA-poly(VBIPS/HEAA)双网络水凝胶分别在水和盐水中的表面摩擦/润滑应用图如图4所示,当凝胶经过去离子水浸泡后,其表面摩擦系数较高,无法在一定倾角的玻璃表面自由下滑;而凝胶经过盐水浸泡后,体现出润滑性,很容易从一定倾角的玻璃表面自由下滑。
实施例2
取9g两性离子3-(1-(4-乙烯基苄基)-1H-咪唑-3-鎓)丙烷-1-磺酸盐(VBIPS),60mg N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)和0.2g光引发剂2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮溶解于20g去离子水中,然后加入0.37g海藻酸钠(SA),置于60℃水浴中搅拌溶解,通氮气除氧,接着超声15min出去气泡,在溶液未冷却凝固前注入自制模具中,模具由两层石英玻璃和1mm厚度的硅胶垫片组成,然后置于波长为365nm、功率为8W的紫外灯下光聚合3h,即得到SA-polyVBIPS双网络水凝胶。
实施例3
取9g两性离子3-(1-(4-乙烯基苄基)-1H-咪唑-3-鎓)丙烷-1-磺酸盐(VBIPS),60mg N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)和0.2g光引发剂2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮溶解于20g去离子水中,然后加入0.5g海藻酸钠(SA),置于60℃水浴中搅拌溶解,通氮气除氧,接着超声15min出去气泡,在溶液未冷却凝固前注入自制模具中,模具由两层石英玻璃和1mm厚度的硅胶垫片组成,然后置于波长为365nm、功率为8W的紫外灯下光聚合3h,即得到SA-polyVBIPS双网络水凝胶。
实施例4
取9g两性离子3-(1-(4-乙烯基苄基)-1H-咪唑-3-鎓)丙烷-1-磺酸盐(VBIPS),60mg N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)和0.2g光引发剂2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮溶解于20g去离子水中,然后加入1g海藻酸钠(SA),置于60℃水浴中搅拌溶解,通氮气除氧,接着超声15min出去气泡,在溶液未冷却凝固前注入自制模具中,模具由两层石英玻璃和1mm厚度的硅胶垫片组成,然后置于波长为365nm、功率为8W的紫外灯下光聚合3h,即得到SA-polyVBIPS双网络水凝胶。
实施例5
取9g两性离子3-(1-(4-乙烯基苄基)-1H-咪唑-3-鎓)丙烷-1-磺酸盐(VBIPS),60mg N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)和0.2g光引发剂2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮溶解于20g去离子水中,然后加入1.2g海藻酸钠(SA),置于60℃水浴中搅拌溶解,通氮气除氧,接着超声15min出去气泡,在溶液未冷却凝固前注入自制模具中,模具由两层石英玻璃和1mm厚度的硅胶垫片组成,然后置于波长为365nm、功率为8W的紫外灯下光聚合2h,即得到SA-polyVBIPS双网络水凝胶。
实施例6
取8.57g两性离子3-(1-(4-乙烯基苄基)-1H-咪唑-3-鎓)丙烷-1-磺酸盐(VBIPS),60mg N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)和0.2g光引发剂2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮溶解于20g去离子水中,然后加入0.37g海藻酸钠(SA),置于60℃水浴中搅拌溶解,通氮气除氧,接着超声15min除去气泡,在溶液未冷却凝固前注入自制模具中,自制模具由两层石英玻璃和1mm厚度的硅胶垫片组成,然后置于波长为365nm、功率为8W的紫外灯下光聚合3h,即得到SA-polyVBIPS双网络水凝胶。
实施例7
取9g两性离子3-(1-(4-乙烯基苄基)-1H-咪唑-3-鎓)丙烷-1-磺酸盐(VBIPS),5gN-(2-羟乙基)丙烯酰胺(HEAA),70mg N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)和0.2g光引发剂2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮溶解于20g去离子水中,然后加入0.37g海藻酸钠(SA),置于60℃水浴中搅拌溶解,通氮气除氧,接着超声15min出去气泡,在溶液未冷却凝固前注入自制模具中,模具由两层石英玻璃和1mm厚度的硅胶垫片组成,然后置于波长为365nm、功率为8W的紫外灯下光聚合3h,即得到SA-poly(VBIPS/HEAA)双网络水凝胶。
实施例8
取9g两性离子3-(1-(4-乙烯基苄基)-1H-咪唑-3-鎓)丙烷-1-磺酸盐(VBIPS),9gN-(2-羟乙基)丙烯酰胺(HEAA),80mg N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)和0.2g光引发剂2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮溶解于20g去离子水中,然后加入0.37g海藻酸钠(SA),置于60℃水浴中搅拌溶解,通氮气除氧,接着超声15min出去气泡,在溶液未冷却凝固前注入自制模具中,模具由两层石英玻璃和1mm厚度的硅胶垫片组成,然后置于波长为365nm、功率为8W的紫外灯下光聚合3h,即得到SA-poly(VBIPS/HEAA)双网络水凝胶。
实施例9
取9g两性离子3-(1-(4-乙烯基苄基)-1H-咪唑-3-鎓)丙烷-1-磺酸盐(VBIPS),1g丙烯酰胺(AAm),65mg N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)和0.2g光引发剂2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮溶解于20g去离子水中,然后加入0.37g海藻酸钠(SA),置于60℃水浴中搅拌溶解,通氮气除氧,接着超声15min出去气泡,在溶液未冷却凝固前注入自制模具中,模具由两层石英玻璃和1mm厚度的硅胶垫片组成,然后置于波长为365nm、功率为8W的紫外灯下光聚合3h,即得到SA-poly(VBIPS/AAm)双网络水凝胶。
实施例10
取9g两性离子3-(1-(4-乙烯基苄基)-1H-咪唑-3-鎓)丙烷-1-磺酸盐(VBIPS),5g丙烯酰胺(AAm),70mg N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)和0.2g光引发剂2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮溶解于20g去离子水中,然后加入0.37g海藻酸钠(SA),置于60℃水浴中搅拌溶解,通氮气除氧,接着超声15min出去气泡,在溶液未冷却凝固前注入自制模具中,模具由两层石英玻璃和1mm厚度的硅胶垫片组成,然后置于波长为365nm、功率为8W的紫外灯下光聚合3h,即得到SA-poly(VBIPS/AAm)双网络水凝胶。
实施例11
取9g两性离子3-(1-(4-乙烯基苄基)-1H-咪唑-3-鎓)丙烷-1-磺酸盐(VBIPS),3gN-异丙基丙烯酰胺(NIPAM),65mg N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)和0.2g光引发剂2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮溶解于20g去离子水中,然后加入0.37g海藻酸钠(SA),置于60℃水浴中搅拌溶解,通氮气除氧,接着超声15min出去气泡,在溶液未冷却凝固前注入自制模具中,模具由两层石英玻璃和1mm厚度的硅胶垫片组成,然后置于波长为365nm、功率为8W的紫外灯下光聚合3h,即得到SA-poly(VBIPS/NIPAM)双网络水凝胶。
实施例12
取9g两性离子3-(1-(4-乙烯基苄基)-1H-咪唑-3-鎓)丙烷-1-磺酸盐(VBIPS),6gN-异丙基丙烯酰胺(NIPAM),65mg N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)和0.2g光引发剂2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮溶解于20g去离子水中,然后加入0.37g海藻酸钠(SA),置于60℃水浴中搅拌溶解,通氮气除氧,接着超声15min出去气泡,在溶液未冷却凝固前注入自制模具中,模具由两层石英玻璃和1mm厚度的硅胶垫片组成,然后置于波长为365nm、功率为8W的紫外灯下光聚合3h,即得到SA-poly(VBIPS/NIPAM)双网络水凝胶。
实施例13
取9g两性离子3-(1-(4-乙烯基苄基)-1H-咪唑-3-鎓)丙烷-1-磺酸盐(VBIPS),9gN-异丙基丙烯酰胺(NIPAM),80mg N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)和0.2g光引发剂2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮溶解于20g去离子水中,然后加入0.37g海藻酸钠(SA),置于60℃水浴中搅拌溶解,通氮气除氧,接着超声15min出去气泡,在溶液未冷却凝固前注入自制模具中,模具由两层石英玻璃和1mm厚度的硅胶垫片组成,然后置于波长为365nm、功率为8W的紫外灯下光聚合3h,即得到SA-poly(VBIPS/NIPAM)双网络水凝胶。
实施例14
取8g两性离子磺酸甜菜碱(SBMA),3gN-异丙基丙烯酰胺(NIPAM),65mg N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)和0.2g光引发剂2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮溶解于20g去离子水中,然后加入0.37g海藻酸钠(SA),置于60℃水浴中搅拌溶解,通氮气除氧,接着超声15min出去气泡,在溶液未冷却凝固前注入自制模具中,模具由两层石英玻璃和1mm厚度的硅胶垫片组成,然后置于波长为365nm、功率为8W的紫外灯下光聚合3h,即得到SA-poly(SBMA/NIPAM)双网络水凝胶。
实施例15
取8g两性离子磺酸甜菜碱(SBMA),5g丙烯酰胺(AAm),70mg N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)和0.2g光引发剂2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮溶解于20g去离子水中,然后加入0.37g海藻酸钠(SA),置于60℃水浴中搅拌溶解,通氮气除氧,接着超声15min出去气泡,在溶液未冷却凝固前注入自制模具中,模具由两层石英玻璃和1mm厚度的硅胶垫片组成,然后置于波长为365nm、功率为8W的紫外灯下光聚合3h,即得到SA-poly(SBMA/AAm)双网络水凝胶。
实施例16
取9g两性离子3-(1-(4-乙烯基苄基)-1H-咪唑-3-鎓)丙烷-1-磺酸盐(VBIPS),60mg N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)和0.2g光引发剂2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮溶解于20g去离子水中,然后加入0.5g琼脂糖(Agar),置于80℃水浴中搅拌溶解,通氮气除氧,接着超声15min出去气泡,在溶液未冷却凝固前注入自制模具中,模具由两层石英玻璃和1mm厚度的硅胶垫片组成,然后置于波长为365nm、功率为8W的紫外灯下光聚合3h,即得到Agar-polyVBIPS双网络水凝胶。
实施例17
取8g两性离子磺酸甜菜碱(SBMA),5g丙烯酰胺(AAm),70mg N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)和0.2g光引发剂2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮溶解于20g去离子水中,然后加入0.5g琼脂糖(Agar),置于60℃水浴中搅拌溶解,通氮气除氧,接着超声15min出去气泡,在溶液未冷却凝固前注入自制模具中,模具由两层石英玻璃和1mm厚度的硅胶垫片组成,然后置于波长为365nm、功率为8W的紫外灯下光聚合3h,即得到Agar-poly(SBMA/AAm)双网络水凝胶。
实施例18
取9g两性离子3-(1-(4-乙烯基苄基)-1H-咪唑-3-鎓)丙烷-1-磺酸盐(VBIPS),3gN-异丙基丙烯酰胺(NIPAM),65mg N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)和0.2g光引发剂2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮溶解于20g去离子水中,然后加入0.5g琼脂糖(Agar),置于60℃水浴中搅拌溶解,通氮气除氧,接着超声15min出去气泡,在溶液未冷却凝固前注入自制模具中,模具由两层石英玻璃和1mm厚度的硅胶垫片组成,然后置于波长为365nm、功率为8W的紫外灯下光聚合3h,即得到Agar-poly(VBIPS/NIPAM)双网络水凝胶。
实施例19
取8g两性离子磺酸甜菜碱(SBMA),5g丙烯酰胺(AAm),70mg N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)和0.2g光引发剂2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮溶解于20g去离子水中,然后加入0.5g琼脂糖(Agar),置于60℃水浴中搅拌溶解,通氮气除氧,接着超声15min出去气泡,在溶液未冷却凝固前注入自制模具中,模具由两层石英玻璃和1mm厚度的硅胶垫片组成,然后置于波长为365nm、功率为8W的紫外灯下光聚合3h,即得到Agar-poly(VBIPS/AAm)双网络水凝胶。
实施例20
取8g两性离子苯乙烯基吡啶乙磺酸(SVBP),5g丙烯酰胺(AAm),70mg N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)和0.2g光引发剂2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮溶解于20g去离子水中,然后加入0.5g琼脂糖(Agar),置于60℃水浴中搅拌溶解,通氮气除氧,接着超声15min出去气泡,在溶液未冷却凝固前注入自制模具中,模具由两层石英玻璃和1mm厚度的硅胶垫片组成,然后置于波长为365nm、功率为8W的紫外灯下光聚合3h,即得到Agar-poly(SVBP/AAm)双网络水凝胶。
实施例21
取6g两性离子苯乙烯基吡啶乙磺酸(SVBP),5g丙烯酰胺(AAm),70mg N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)和0.2g光引发剂2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮溶解于20g去离子水中,然后加入0.4g海藻酸钠(SA),置于60℃水浴中搅拌溶解,通氮气除氧,接着超声15min出去气泡,在溶液未冷却凝固前注入自制模具中,模具由两层石英玻璃和1mm厚度的硅胶垫片组成,然后置于波长为365nm、功率为8W的紫外灯下光聚合3h,即得到SA-poly(SVBP/AAm)双网络水凝胶。
实施例21
取6g两性离子苯乙烯基吡啶乙磺酸(SVBP),3gN-异丙基丙烯酰胺(NIPAM),65mgN,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)和0.2g光引发剂2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮溶解于20g去离子水中,然后加入0.4g海藻酸钠(SA),置于60℃水浴中搅拌溶解,通氮气除氧,接着超声15min出去气泡,在溶液未冷却凝固前注入自制模具中,模具由两层石英玻璃和1mm厚度的硅胶垫片组成,然后置于波长为365nm、功率为8W的紫外灯下光聚合3h,即得到SA-poly(SVBP/NIPAM)双网络水凝胶。
实施例22
取8g两性离子羧酸甜菜碱(CBMA),3g N-(2-羟乙基)丙烯酰胺(HEAA),65mg N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)和0.2g光引发剂2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮溶解于20g去离子水中,然后加入0.37g海藻酸钠(SA),置于60℃水浴中搅拌溶解,通氮气除氧,接着超声15min出去气泡,在溶液未冷却凝固前注入自制模具中,模具由两层石英玻璃和1mm厚度的硅胶垫片组成,然后置于波长为365nm、功率为8W的紫外灯下光聚合3h,即得到SA-poly(CBMA/HEAA)双网络水凝胶。
实施例23
取8g两性离子羧酸甜菜碱(CBMA),3g N-(2-羟乙基)丙烯酰胺(HEAA),65mg N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)和0.2g光引发剂2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮溶解于20g去离子水中,然后加入1g透明质酸钠(HyaluronanNa),置于60℃水浴中搅拌溶解,通氮气除氧,接着超声15min出去气泡,在溶液未冷却凝固前注入自制模具中,模具由两层石英玻璃和1mm厚度的硅胶垫片组成,然后置于波长为365nm、功率为8W的紫外灯下光聚合3h,即得到HyaluronanNa-poly(CBMA/HEAA)双网络水凝胶。
实施例24
取9g两性离子3-(1-(4-乙烯基苄基)-1H-咪唑-3-鎓)丙烷-1-磺酸盐(VBIPS),3gN-(2-羟乙基)丙烯酰胺(HEAA),65mg N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)和0.2g光引发剂2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮溶解于20g去离子水中,然后加入1g透明质酸钠(HyaluronanNa),置于60℃水浴中搅拌溶解,通氮气除氧,接着超声15min出去气泡,在溶液未冷却凝固前注入自制模具中,模具由两层石英玻璃和1mm厚度的硅胶垫片组成,然后置于波长为365nm、功率为8W的紫外灯下光聚合3h,即得到HyaluronanNa-poly(VBIPS/HEAA)双网络水凝胶。
实施例25
取9g两性离子3-(1-(4-乙烯基苄基)-1H-咪唑-3-鎓)丙烷-1-磺酸盐(VBIPS),5g丙烯酰胺(AAm),70mg N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)和0.2g光引发剂2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮溶解于20g去离子水中,然后加入1g透明质酸钠(HyaluronanNa),置于60℃水浴中搅拌溶解,通氮气除氧,接着超声15min出去气泡,在溶液未冷却凝固前注入自制模具中,模具由两层石英玻璃和4mm厚度的硅胶垫片组成,然后置于波长为365nm、功率为8W的紫外灯下光聚合3h,得到HyaluronanNa-poly(VBIPS/AAm)双网络水凝胶。
Claims (6)
1.一种高强度、盐响应的双网络水凝胶,其特征在于,所述双网络水凝胶表面的摩擦/润滑可调,其表面在水中摩擦、在盐水中润滑;
所述双网络水凝胶通过将两性离子单体与水溶性单体、引发剂、交联剂溶于水再加入水溶性聚合物混合得到反应液;在惰性气体保护下,将所述反应液注入模具中,经自由基聚合反应制得;
所述水溶性单体为丙烯酰胺、N-(2-羟乙基)丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、苯乙烯磺酸钠、烯丙基胺盐酸盐、N-乙烯基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺或甲基丙烯酸二甲氨基乙酯;
所述两性离子单体为3-(1-(4-乙烯基苄基)-1H-咪唑-3-鎓)丙烷-1-磺酸盐或苯乙烯基吡啶乙磺酸;
所述的水溶性聚合物为聚乙烯醇、海藻酸盐、琼脂糖、透明质酸钠、壳聚糖和明胶中的任意一种或多种;
所述两性离子单体、水溶性单体、水溶性聚合物、交联剂和引发剂的质量比为100:30~300:4~30:0.5~3:0.5~5。
2.根据权利要求1所述的高强度、盐响应的双网络水凝胶,其特征在于,所述交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺。
3.根据权利要求1所述的高强度、盐响应的双网络水凝胶,其特征在于,所述引发剂为2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮或2-羟基-2-甲基-1-苯基甲酮。
4.根据权利要求1所述的高强度、盐响应的双网络水凝胶,其特征在于,所述自由基聚合反应为紫外光引发自由基聚合反应,具体条件为:紫外光波长为365 nm,功率为8 W,光引发距离为10~30 cm,光照时间为30~300 min。
5.根据权利要求1所述的高强度、盐响应的双网络水凝胶,其特征在于,所述双网络水凝胶的拉伸强度为0.08~5 MPa。
6.一种根据权利要求1所述的高强度、盐响应的双网络水凝胶在制备摩擦/润滑表面中的应用。
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