Page 82 - 《精细化工》2021年第10期

第 38 卷第 10 期 精 细 化 工 Vol.38, No.10
2021 年 10 月 FINE CHEMICALS Oct. 2021

功能材料
基于动态共价键的 pH 响应自修复

水凝胶的制备与评价

*
蒋山泉，邓小红，胡承波，凌立新，孙向卫
（重庆文理学院 化学与环境工程学院，环境材料与修复技术重庆市重点实验室，重庆 402160）

摘要：以 α-甲基丙烯酸（MAA）和 2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）的共聚物 P(MAA/AMPS)及聚乙烯醇
（PVA）为单体、十水合四硼酸钠为交联剂合成了 P(MAA/AMPS)-PVA 二重互穿网络的 pH 响应水凝胶。通过 SEM、
FTIR、GPC、TGA-DTG 和流变仪等表征了水凝胶的表面形貌和化学状态；测定了水凝胶的溶胀性﹑pH 响应性﹑
自修复性和流变性。结果表明，水凝胶形成了稳定的互穿网络结构且具有 pH 敏感性、自修复性；PVA 羟基与
硼酸根离子形成的共价配位硼酸酯键使水凝胶具备自修复性并受介质酸碱性的控制；力学性能测定结果显示，
自修复水凝胶（SB 用量为 2.5%，水凝胶溶胀度为 4）拉伸强度 668 kPa，断裂伸长率可达 665%，修复效率可达 81%。
关键词：水凝胶；3D 打印；pH 响应；硼酸酯；自修复性；功能材料
中图分类号：TQ325.7；TQ427.26 文献标识码：A 文章编号：1003-5214 (2021) 10-2012-07

Synthesis and evaluation of self-healing pH-sensitive

hydrogel based on dynamic covalent bond

*
JIANG Shanquan, DENG Xiaohong, HU Chengbo, LING Lixin, SUN Xiangwei
（Chongqing Key Laboratory of Environmental Materials and Remediation Technologies, College of Chemistry and
Environmental Engineering, Chongqing University of Arts and Sciences, Chongqing 402160, China）

Abstract: Copolymer P(MAA/AMPS) of α-methacrylic acid (MAA) and 2-acrylamido-2-methyl
propanesulfonic acid (AMPS) reacted with polyvinyl alcohol (PVA) in the crosslinking dosage of sodium
tetraborate decahydrate to prepare double-interpenetrating network(semi-IPN) pH-sensitive hydrogels
P(MAA/AMPS)-PVA. The surface morphology and chemical state of hydrogels were characterized by SEM,
FTIR, GPC, TGA-DTG and rheometer. The swelling, pH-sensitive, self-healing and rheological properties
of hydrogels were measured. The test results showed that the hydrogels formed a stable interpenetrating
network structure and exhibited pH-sensitive and self-healing properties. The covalent coordination borate
ester bond formed by PVA hydroxyl group and borate ion determined self-healing property of hydrogel and
was controlled by the acid base of the medium. The mechanical experiment indicated that the self-healing
hydrogel had a tensile strength of 668 kPa, an elongation at break of 665%, and a self-healing efficiency of
81% with the content of SB was 2.5%, the swelling degree of hydrogel was 4.
Key words: hydrogel; 3D printing; pH-sensitivity; boronic acid ester; self-healing property; functional materials

水凝胶材料是一类具备三维聚合物网络结构的 一种能够对外界刺激作出响应发生物理、化学性质
软材料，一般为含有少量固体成分、松散交联的聚 转变的水凝胶。在众多响应类型中，pH 变化是一种
合物材料，其内部含有大量的水，在组织工程、3D 重要的刺激信号，是生理、生物化学系统中的一个
打印和医学等领域得到广泛应用 [1-4] 。智能水凝胶是 关键影响因素。水凝胶材料在应用方面的迅速发展

收稿日期：2021-06-10; 定用日期：2021-06-21; DOI: 10.13550/j.jxhg.20210593
基金项目：重庆高校创新团队建设计划项目（CXTDX201601037）；重庆永川科委科技专项（基于“海绵城市”理念的雨水/污水处理
及再利用技术示范）（YCSTC，2016CB7002）
作者简介：蒋山泉（1969—），男，副教授。联系人：孙向卫（1973—），男，博士，E-mail：sunxiangwei@126.com。