Page 83 - 《精细化工》2021年第10期

第 10 期 蒋山泉，等: 基于动态共价键的 pH 响应自修复水凝胶的制备与评价 ·2013·

驱动人们去寻求构建复杂水凝胶结构的先进方法。 公司；SDT Q600 型热重分析仪（TG），美国 TA 公司。
为增强结构强度和韧性，水凝胶往往需要进行交联。 1.2 pH 响应自修复水凝胶的制备
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现有的水凝胶结构仍然存在水凝胶强度和韧性较 室温下，依次加入 10 mL（密度 1.02 g/cm ）
差、结构被破坏后难以自我修复的问题。如何制备 MAA、2 g AMPS、0.1 g 过硫酸钾，再加入 200 mL
出既能对外界多重刺激产生灵敏响应，又兼具自修 蒸馏水，共溶，调节溶液 pH 为中性；将溶液倒入
复性能和高强度水凝胶产品，是亟待解决的难题。 三颈烧瓶在 N 2 保护下搅拌 60 min，静置 24 h，60 ℃
构建具有类似生物细胞外基质“动态”、“自修复” 水浴反应 4 h；反应结束后用蒸馏水、无水乙醇多次
和“可重塑”等特点，满足生物医药材料、纳米材 洗涤，最后 60 ℃烘干，剪切造粒，粉碎机打成粉，
料、3D 打印材料等对高强度水凝胶的需求已成为当 得到 P(MAA/AMPS)粉末。
前的研究热点。 取 8 g PVA 加入 200 mL 去离子水中，加入定量
针对水凝胶材料在实际应用中的不足，业界推 的 SB，然后加入 12 g P(MAA/AMPS)于 80 ℃加热
出不少“可逆”或“自修复”水凝胶产品。自修复 搅拌混溶，得到 P(MAA/AMPS)-PVA 水凝胶。
材料又称仿生材料，其特征之一是材料受到外界损 P(MAA/AMPS)-PVA 水凝胶合成路线如下：
伤后具有自修复及再生功能，动态共价化学键交联
是水凝胶自修复的一大发展方向。动态共价化学键
是指在一定条件下处于动态平衡状态的一类共价化
学键。当外在环境发生变化，动态共价化学键能够
可逆地“断裂”和“形成”。常见的自修复动态共价
化学键包括酰腙键、亚胺键、D-A 可逆键、硼酸酯
键、二硫键、二硒键等 [5-8] 。近年来另一种提高水凝
胶强韧度的方法是双网络水凝胶。
本文拟以 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)
为第一层网络，以聚乙烯醇（PVA）为第二层网络，
利用十水合四硼酸钠（SB）为交联剂构建具有动态
共价键的 pH 敏感水凝胶，将 pH 智能水凝胶刺激响
应性与互穿网络相结合。通过 SEM、GPC、FTIR、
TGA-DTG 等方法对水凝胶结构、数均相对分子质
量及 pH 敏感性能、热性能进行了表征。研究水凝胶
的 pH 响应性、自修复性、可注射性和力学性质，探
索一种力学性能和自修复性能良好的共聚物水凝胶
材料，从而扩展智能水凝胶在 3D 打印等领域中的应
用。

1 实验部分 1.3 表征与性能测定
1.3.1 结构表征
1.1 试剂与仪器 水凝胶的结构采用红外光谱仪表征〔产品用无
MAA、AMPS，AR，阿拉丁试剂有限公司；PVA 水乙醇洗涤、抽提，用蒸馏水透析（透析袋相对分
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〔相对分子质量为（8~12）×10 〕，国药集团化学 子质量 1000），研磨，溴化钾压片〕。不作说明，实验
试剂有限公司；SB、过硫酸钾、氢氧化钠、无水乙 和表征样品均为 P(MAA/AMPS)-PVA，P(MAA/AMPS)
醇，AR，川东化工公司。 与 PVA 质量比 3∶2，SB 用量 1%〔以 P(MAA/AMPS)
Waters 515 型高效液相色谱仪（GPC），美国 和 PVA 的总质量为基准，下同〕。
Waters 公司；NICOLET-15 型傅里叶变换红外光谱 1.3.2 GPC 测定相对分子质量
仪（FTIR），美国尼高力公司；QUANTAQ 400 型热 采用 GPC 测定聚合物的数均相对分子质量
场发射扫描电子显微镜（SEM），美国 FEI 公司； （M n ）和相对分子质量分布指数（PDI），以水为流
MARS4NDJ-5S 型旋转流变仪，德国 HAAKE 公司； 动相，聚苯乙烯为标样，测试温度为 35 ℃，溶剂
CMT4140 型万能力学拉力机，深圳三思计量技术有限 流速为 1.0 mL/min，进样量 50 μL，流出时间 35 min。