一种颜色自愈智能水凝胶及其制备方法与流程

本发明涉及高分子材料技术领域，具体说是一种颜色自愈智能水凝胶及其制备方法。

背景技术：

智能水凝胶具有巨大的应用潜力，如智能传感器/执行器、开关、药物载体、人工肌肉、组织工程支架和化学/生物分离平台以及开发仿生自愈合材料。水凝胶的柔软性有助于活性基团之间的化学反应或形成自愈的可逆关联，可以在没有外部帮助的情况下实现修复。

自然界中存在着五颜六色的植物，究其原因可发现其中存在的天然色素。在植物细胞液泡不同ph值条件下，它使花瓣呈现五彩缤纷的颜色。而我们更感兴趣的是一类具有可逆变色性质的材料，即可利用一定的外界条件将它们的颜色进行改变并且在另一种条件下将其还原。目前较为热门的方向有电致变色、光致变色、热致变色、压致变色以及ph响应变色。然而，上述变色体系主要以掺杂变色粒子/离子实现其变色行为，ph值响应变色的又无法实现全酸碱值影响的变色行为，且制备工艺复杂，成本较高。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述现有技术中的不足，提供一种颜色自愈智能水凝胶。

本发明的另一目的是提供颜色自愈智能水凝胶的制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种颜色自愈智能水凝胶的制备方法，包括以下具体步骤：

步骤1，从植物材料中提取花青素，配制花青素溶液；

步骤2，将十二烷基硫酸铵（ads）与nacl加入花青素溶液中进行溶解，再加入甲基丙烯酸十八酯（sma）充分搅拌，然后，加入n,n-二甲基丙烯酰胺（dmaam）充分搅拌；

步骤3，继续加入紫外光引发剂irgacure2959，搅拌均匀，将溶液转入透明玻璃模具中，在365nm的紫外灯照下聚合反应5-30分钟，得到颜色自愈智能水凝胶。

本发明进一步的设计方案中，步骤3中紫外灯与透明玻璃模具的距离小于5cm。

本发明进一步的设计方案中，步骤2中十二烷基硫酸铵的浓度范围为0.13-0.17g/ml，nacl的浓度范围为0.025-0.075g/ml。浓度范围指的是该试剂在花青素溶液中的浓度范围。

本发明进一步的设计方案中，步骤2中甲基丙烯酸十八酯的浓度范围为0.05-0.1g/ml，n,n-二甲基丙烯酰胺的浓度范围为0.005-0.03g/ml。浓度范围指的是该试剂在花青素溶液中的浓度范围。

一种颜色自愈智能水凝胶，由上述的制备方法获得。

本发明具有以下突出的有益效果：

本发明是一种由在十二烷基硫酸铵胶束中的疏水相互作用而形成交联的，将萃取的环境友好型植物材料中的色素，加入到pdma水凝胶中，使其具有ph响应变色行为。该水凝胶随着ph的变化能产生多次变色，且具有良好的自愈合性能，可实现其作为人工皮肤排出体液成分的酸碱性分析，进而可以对人体健康状况进行实时分析。

本发明可实现对多种颜色的植物细胞液的提取，使其在自愈合水凝胶中具有一定的颜色调控功能，该方法制备工艺简单，周期短且成本低。

附图说明

图1是实施例中制备的水凝胶样品；

图2是实施例中水凝胶的傅里叶变换红外光谱图；

图3是实施例中水凝胶的变色性能图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

一种颜色自愈智能水凝胶的制备方法，包括以下具体步骤：

步骤1，称取1g黑枸杞干果，在30°干燥环境下浸泡于50ml去离子水中，静置12h后，将其过滤得到花青素溶液。

步骤2，称取4.2g十二烷基硫酸铵（ads）与1.7548gnacl在常温下溶于25ml上述制备的花青素溶液中。加入0.5694g甲基丙烯酸十八酯（sma），置于35℃的水浴锅中磁力搅拌2h。加入n,n-二甲基丙烯酰胺（dmaam）8.8ml，搅拌反应1h。本实施例中，所用的ads、nacl、sma、dmaam在花青素溶液中的浓度分别为0.14g/ml、0.058g/ml、0.019g/ml、0.008g/ml。

步骤3，然后加入0.1g紫外光引发剂irgacure2959，使其搅拌均匀。将反应所得的溶液转入50mm×50mm×3mm的玻璃模具中，在365nm的紫外灯照下聚合反应10min（紫外灯与模具的距离为5cm）。制得的水凝胶样品如图1所示，所得的水凝胶样品的红外傅里叶光谱结构特征如图2所示，从图中可以看出，在3090-3660cm^-1处出现了较宽的吸收峰，对应于-oh的振动。2930cm^-1和2850cm^-1处的特征峰分别归因于-ch2-的反对称伸缩振动和对称伸缩振动。1620cm^-1处的特征峰是c=c伸缩振动的吸收峰，和花青素中的芳香物质相对应。1500cm^-1处的吸收峰-ch3和-ch2中-c-h的弯曲振动。1250cm^-1处的特征峰对应于-c-n-的拉伸振动。

图3为分别放入ph为1、3、5、7、9、11和13的溶液中浸泡30min之后，水凝胶的颜色变化情况，当浸泡在ph=1的溶液中时，水凝胶由不透明的白色逐渐变成粉红色。当ph=3时，水凝胶变为淡粉色。而当ph=5时，水凝胶略微带有粉色。当ph=7时，水凝胶几乎变为无色透明。随着ph的进一步升高，水凝胶的颜色也从ph=9时的淡绿色变成ph=11时的嫩绿色和ph=13时的黄色。

本发明利用紫外光引发剂irgacure2959作用下，疏水单体sma在ads形成的胶束溶液中与亲水性单体dmaam紫外光交联，并将萃取的环境友好型植物材料中的色素引入到水凝胶中，制备得到了具有ph响应型颜色可调控自愈合水凝胶。

在氯化钠的存在下，疏水单体sma在十二烷基硫酸铵形成的胶束溶液中与亲水性单体dmaam通过共聚反应制备得到胶束型水凝胶。pdma基水凝胶是由在十二烷基硫酸铵胶束中的疏水相互作用而形成交联的。

本发明通过掺杂植物材料中的色素进行颜色调控，且该变色范围可实现ph值从1到12宽范围的ph响应。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种颜色自愈智能水凝胶及其制备方法，本发明利用紫外光引发剂Irgacure 2959作用下，疏水单体SMA在ADS形成的胶束溶液中与亲水性单体DMAAm紫外光交联，并将萃取的环境友好型植物材料中的色素引入到水凝胶中，制备得到了具有pH响应型颜色自愈智能水凝胶。本发明的制备方法制备工艺简单，周期短且成本低。

技术研发人员：吴红艳;费佳蕾;黄珂;仲秋雪;陈一锋;李婕馨
受保护的技术使用者：南京信息工程大学
技术研发日：2019.07.08
技术公布日：2019.10.18