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CN115368588A - 一种抗溶胀韧性水凝胶及其制备方法 - Google Patents

一种抗溶胀韧性水凝胶及其制备方法 Download PDF

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CN115368588A
CN115368588A CN202211128525.4A CN202211128525A CN115368588A CN 115368588 A CN115368588 A CN 115368588A CN 202211128525 A CN202211128525 A CN 202211128525A CN 115368588 A CN115368588 A CN 115368588A
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CN
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hydrogel
swelling
solution
organic polymer
hydrophilic organic
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CN202211128525.4A
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周学昌
徐紫瑶
王海飞
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Shenzhen University
Original Assignee
Shenzhen University
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Abstract

本发明公开一种抗溶胀韧性水凝胶及其制备方法，制备方法包括步骤：将亲水性有机聚合物加入到溶剂中，得到第一溶液；将液态有机硅基疏水性弹性体预聚体、第一溶液、表面活性剂混合后，进行超声，得到第二溶液；将第二溶液在第一预设温度下冷置处理第一预设时间后，放置于室温下静置第二预设时间，得到水凝胶前体；将水凝胶前体进行脱水处理后，得到抗溶胀韧性水凝胶。本发明通过将亲水性有机聚合物和有机硅基疏水性弹性体预聚体共混，构建独特的亲疏水两相纳米杂化结构，亲水性有机聚合物的引入使抗溶胀韧性水凝胶具有良好的机械变形稳定性，而有机硅基疏水性弹性体的引入提高了抗溶胀韧性水凝胶的弹性和水下的抗溶胀性能。

Description

一种抗溶胀韧性水凝胶及其制备方法
技术领域
本发明涉及水凝胶技术领域，尤其涉及一种抗溶胀韧性水凝胶及其制备方法。
背景技术
与生物组织相似，水凝胶是含有大量水的连续胶体或聚合物网络结构材料，其水含量甚至可以超过95％(质量分数)。但与生物组织相比，水凝胶的应用还面临诸多挑战：其一，水凝胶的力学性能与生物软组织相距甚远，常规的合成水凝胶自身的力学特征是软而脆的；其二，生物组织是长期浸润在组织液中，具有很高的稳定性，而水凝胶在溶剂(例如水)中会发生溶胀问题，造成其力学性能显著衰减，水凝胶适应性较差。
水凝胶溶胀是聚合物所形成的交联网络在水溶液中由于聚合物链的溶剂化作用而吸收溶剂从而发生体积膨胀的现象，这一过程往往可以膨胀到相当大的程度。与水接触时，凝胶将吸水，水可以扩散进入聚合物网络，但网络中的聚合物链不能扩散出来。当凝胶网络伸展的内部压力和渗透压相等时，溶胀就停止了。水凝胶材料的溶胀会引发材料体积的显著增加，同时造成其力学性能的衰减，因而限制了水凝胶在湿环境中的应用。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种抗溶胀韧性水凝胶及其制备方法，旨在解决现有水凝胶抗溶胀性能差、无法在环境中应用的问题。
本发明的技术方案如下：
本发明的第一方面，提供一种抗溶胀韧性水凝胶的制备方法，其中，包括步骤：
提供液态有机硅基疏水性弹性体预聚体、亲水性有机聚合物及表面活性剂；将所述亲水性有机聚合物加入到溶剂中，得到第一溶液；
将所述液态有机硅基疏水性弹性体预聚体、第一溶液、表面活性剂混合后，进行超声，得到第二溶液；
将所述第二溶液在第一预设温度下冷置处理第一预设时间后，放置于室温下静置第二预设时间，得到水凝胶前体；
将所述水凝胶前体进行脱水处理后，得到所述抗溶胀韧性水凝胶。
可选地，所述亲水性有机聚合物包括聚乙烯醇，所述液态有机硅基疏水性弹性体预聚体包括聚二甲基硅氧烷预聚体，所述表面活性剂包括吐温80。
可选地，所述亲水性有机聚合物、液态有机硅基疏水性弹性体预聚体、表面活性剂的质量比为1：(0.25～9)：0.08。
可选地，所述溶剂选自水或水溶性有机溶剂水溶液。
可选地，所述水溶性有机溶剂水溶液中的水溶性有机溶剂选自甘油、乙二醇中的至少一种。
可选地，所述第一预设温度为-20℃～-70℃，第一预设时间为至少2天，第二预设时间为至少2天。
可选地，将所述水凝胶前体进行脱水处理的步骤包括：
将所述水凝胶前体放置于30～40℃的温度下至少2天，然后放置于60～80℃的温度下进行脱水。
可选地，所述将所述水凝胶前体进行脱水处理之后，得到所述抗溶胀韧性水凝胶之前还包括步骤：
将脱水处理后的产物浸泡在离子液体溶液和/或盐溶液中。
可选地，所述将所述水凝胶前体进行脱水处理之后，得到所述抗溶胀韧性水凝胶之前还包括步骤：
采用无电沉积法，在脱水处理后的产物表面沉积金属层。
本发明的第二方面，提供一种抗溶胀韧性水凝胶，其中，采用本发明如上所述的制备方法制备得到。
有益效果：本发明通过将亲水性有机聚合物和有机硅基疏水性弹性体预聚体共混，构建独特的亲疏水两相纳米杂化结构，综合了亲水性有机聚合物的柔性拉伸和有机硅基疏水性弹性体的弹性优势，亲水性有机聚合物的引入使抗溶胀韧性水凝胶具有良好的机械变形稳定性，而有机硅基疏水性弹性体的引入提高了抗溶胀韧性水凝胶的弹性和水下的抗溶胀性能。所述抗溶胀韧性水凝胶中，互穿亲水性有机聚合物作为凝胶基体，互穿亲水性有机聚合物基体作为粘结剂组装有机硅基疏水性弹性体微球，密排的有机硅基疏水性弹性体微球分散在其中。密排的有机硅基疏水性弹性体微球提供了其机械韧性，抑制了水的渗透；亲水性有机聚合物易溶剂化，起到水通道的作用。在这种亲疏水两相组分的辅助下，水的含量可以很容易被调控，使得水凝胶具有良好的抗溶胀性能。
附图说明
图1为本发明实施例中抗溶胀韧性水凝胶的制备流程示意图。
图2中(a)为本发明实施例1中的抗溶胀韧性水凝胶浸泡在水中不同时间的抗溶胀性能结果图，(b)为本发明实施例1中抗溶胀韧性水凝胶在水中浸泡一天的体积变化比的对比图。
图3为本发明实施例1中的抗溶胀韧性水凝胶在水中浸泡不同天数的抗溶胀性能直观图。
图4为本发明实施例1中的抗溶胀韧性水凝胶在水中浸泡不同天数的质量以及直径变化曲线图。
图5中(a)-(d)分别为实施例2中将干燥状态下的抗溶胀韧性水凝胶分别浸泡在氯化锂溶液、氯化钾溶液、BMIMBF4溶液、LiTFSI溶液中得到的具有离子导电性的抗溶胀韧性水凝胶在-60℃温度下的柔韧性测试结果图。
图6为本发明实施例2中将干燥状态下的抗溶胀韧性水凝胶浸泡在氯化锂溶液中得到的具有离子电导性的抗溶胀韧性水凝胶在-40℃温度下进行导电性能测试结果图，其中(a)为未接通电源的结果图，(b)为接通电源的结果图。
图7为本发明实施例3中制备得到的表面含有金属镍层的抗溶胀韧性水凝胶的柔韧性测试结果图。
图8中(a)为实施例3中制备得到的表面含有金属镍层的抗溶胀韧性水凝胶的表面SEM图，(b)为实施例3中制备得到的表面含有金属镍层的抗溶胀韧性水凝胶的截面SEM图。
图9为本发明实施例3中制备得到的表面含有金属镍层的抗溶胀韧性水凝胶的导电性测试结果图。
具体实施方式
本发明提供一种抗溶胀韧性水凝胶及其制备方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术术语和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
与生物组织相比，水凝胶的应用还面临诸多挑战：其一，水凝胶的力学性能与生物软组织相距甚远，常规的合成水凝胶自身的力学特征是软而脆的；其二，生物组织是长期浸润在组织液中，具有很高的稳定性，而水凝胶在溶剂(例如水)中会发生溶胀问题，造成其力学性能显著衰减，水凝胶适应性较差。为了实现水凝胶具有生物软组织的性能，提升水凝胶的韧性、弹性以及环境适应性，改善水凝胶的综合性能，本发明实施例提供一种抗溶胀韧性水凝胶的制备方法，如图1所示，包括步骤：
S1、提供液态有机硅基疏水性弹性体预聚体、亲水性有机聚合物及表面活性剂；
S2、将所述亲水性有机聚合物加入到溶剂中，得到第一溶液；
S3、将所述液态有机硅基疏水性弹性体预聚体、第一溶液、表面活性剂混合后，进行超声，得到第二溶液；
S4、将所述第二溶液在第一预设温度下冷置处理第一预设时间后，放置于室温下静置第二预设时间，得到水凝胶前体；
S5、将所述水凝胶前体进行脱水处理后，得到所述抗溶胀韧性水凝胶。
本发明实施例中，采用液态有机硅基疏水性弹性体预聚体，帮助凝胶结构的初步定型。然后，将亲水性聚合物凝胶进行冻融，有助于疏水性弹性体预交联微球均匀预固定在凝胶中，并使得水凝胶成型，具体地，将所述第二溶液在第一预设温度下冷置处理第一预设时间后，放置于室温下实现亲水性有机聚合物凝胶的冻融。进一步地，在室温下静置第二预设时间的过程中，使得有机硅基疏水性弹性体聚合完全，得到凝胶前体。最后将凝胶前体内部的亲水性有机聚合物缓慢脱水结晶形成亲水性聚合物纳米晶，再进行高温脱水后，获得干燥状态下的抗溶胀韧性水凝胶。
本发明实施例通过将亲水性有机聚合物和有机硅基疏水性弹性体预聚体共混，构建独特的亲疏水两相纳米杂化结构，综合了亲水性有机聚合物的柔性拉伸和有机硅基疏水性弹性体的弹性优势，首次实现了具有良好抗溶胀能力的有机硅基韧性水凝胶的制备。其中，亲水性有机聚合物的引入使抗溶胀韧性水凝胶具有良好的机械变形稳定性，而有机硅基疏水性弹性体的引入提高了抗溶胀韧性水凝胶的弹性和水下的抗溶胀性能，所述抗溶胀韧性水凝胶中，互穿亲水性有机聚合物作为凝胶基体，互穿亲水性有机聚合物基体作为粘结剂组装有机硅基疏水性弹性体微球，密排的有机硅基疏水性弹性体微球分散在其中。密排的有机硅基疏水性弹性体微球提供了机械韧性，抑制了水的渗透；亲水性有机聚合物易溶剂化，起到水通道的作用。在这种亲疏水两相组分的辅助下，水的含量可以很容易被调控，使得水凝胶具有良好的抗溶胀性能。而亲水性聚合物纳米晶的形成显著改善了有机硅基疏水性弹性体微球在亲水性有机聚合物基体上的界面结合，提高了有机硅基疏水性弹性体微球与亲水性有机聚合物基体界面的强度，此外，亲水性有机聚合物纳米晶体的形成也阻止了亲水性有机聚合物基质(强氢键)的溶剂化，促进了所述抗溶胀韧性水凝胶的稳定性。
本实施例提供的方法，相比通过化学交联的传统聚合物水凝胶比如多重网络交联水凝胶的制备方法，可有效避免未反应完全的单体和引发剂的毒性的问题。
步骤S1中，在一种实施方式中，所述液态有机硅基疏水性弹性体预聚体的制备方法包括步骤：
将氢化有机硅基疏水性弹性体与交联剂混合后，得到液态有机硅基疏水性弹性体预聚体。
在一种实施方式中，所述液态有机硅基疏水性弹性体预聚体包括但不限于聚二甲基硅氧烷(PDMS)预聚体。
在一种实施方式中，所述氢化有机硅基疏水性弹性体包括但不限于氢化聚二甲基硅氧烷(PDMS)，氢化PDMS的结构式为
Figure BDA0003849963800000061
n取任意大于等于1的整数。
在一种实施方式中，所述交联剂包括但不限于乙烯基硅氧烷，乙烯基硅氧烷的结构式为
Figure BDA0003849963800000062
n取任意大于等于1的整数。
步骤S2中，在一种实施方式中，所述亲水性有机聚合物包括但不限于聚乙烯醇(PVA)。
在一种实施方式中，所述溶剂选自水或水溶性有机溶剂水溶液。水溶性有机溶剂水溶液由水溶性有机溶剂溶于水中制备得到。
在一种实施方式中，所述水溶性有机溶剂水溶液中水溶性有机溶剂的质量分数为30～90％，例如，可以是30％、40％、50％、60％、70％、80％或90％等。
在一种实施方式中，所述水溶性有机溶剂水溶液中的水溶性有机溶剂选自甘油、乙二醇中的至少一种，采用水溶性有机溶剂时可提高水凝胶的机械性能。
步骤S3中，在一种实施方式中，所述亲水性有机聚合物、液态有机硅基疏水性弹性体预聚体、表面活性剂的质量比为1：(0.25～9)：0.08。例如，所述亲水性有机聚合物、液态有机硅基疏水性弹性体预聚体、表面活性剂的质量比可以为1：0.25：0.08、1：1：0.08、1：2：0.08、1：3：0.08、1：5：0.08、1：7：0.08、1：9：0.08等。
步骤S3中，在一种实施方式中，所述表面活性剂包括但不限于吐温80。
步骤S4中，将所述第二溶液在第一预设温度下冷置处理第一预设时间后，放置于室温下静置第二预设时间，得到水凝胶前体。在步骤S1中有机硅基疏水性弹性体微球已进行了预交联，帮助凝胶结构的初步定型，而此过程中，亲水性聚合物凝胶发生冻融，有助于有机硅基疏水性弹性体预交联微球均匀预固定在凝胶中，并使得水凝胶成型，具体地，将所述第二溶液在第一预设温度下冷置处理第一预设时间后，放置于室温下实现亲水性有机聚合物凝胶的冻融。进一步地，在室温下静置第二预设时间的过程中，使得有机硅基疏水性弹性体聚合完全。
在一种实施方式中，所述第一预设温度为-20℃～-70℃，第一预设时间为至少2天，第二预设时间为至少2天。在-20℃～-70℃的温度下冷置至少2天，然后在室温下融化，可使亲水性有机聚合物凝胶实现的充分冻融。然后，在室温下静置至少2天，能够使得有机硅基疏水性弹性体聚合完全。
步骤S5中，在一种实施方式中，将所述水凝胶前体进行脱水处理的步骤包括：
将所述水凝胶前体放置于30～40℃的温度下至少2天，然后放置于60～80℃的温度下进行脱水。将所述水凝胶前体放置于30～40℃的温度下至少2天的过程中，凝胶前体内部的亲水性有机聚合物缓慢脱水结晶形成亲水性聚合物纳米晶，再在高温60～80℃的温度下进行脱水，获得干燥状态下的抗溶胀韧性水凝胶。亲水性聚合物纳米晶的形成显著改善了有机硅基疏水性弹性体微球在亲水性有机聚合物基体上的界面结合，提高了有机硅基疏水性弹性体微球与亲水性有机聚合物基体界面的强度，此外，亲水性有机聚合物纳米晶体的形成也阻止了亲水性有机聚合物基质(强氢键)的溶剂化，促进了所述抗溶胀韧性水凝胶的稳定性。
本实施方式中，放置于60～80℃的温度下进行脱水的时间可根据实际需要进行选择，此处不具体限定。
为了进一步提高所述抗溶胀韧性水凝胶的适应性及可应用性，使其能够在全天候电子皮肤、溶剂中的智能传感器以及各种恶劣液体环境下的软机器人中进行应用，可对上述脱水处理后的产物进行进一步处理。在一种实施方式中，所述将所述水凝胶前体进行脱水处理之后，得到所述抗溶胀韧性水凝胶之前还包括步骤：
S51、将脱水处理后的产物浸泡在离子液体溶液和/或盐溶液中。此步骤得到具有离子导电性的抗溶胀韧性水凝胶。所述浸泡的时间可以根据实际需要进行设置，例如可以是24小时。本实施方式中，可将脱水处理后的产物浸泡在离子液体溶液中，也可将脱水处理后的产物浸泡在盐溶液中，还可将脱水处理后的产物浸泡在离子液体溶液和盐溶液中。
在一种实施方式中，所述离子液体溶液中的离子液体选自1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(BMIMBF4)、双三氟甲磺酰亚胺锂(LiTFSI)中的至少一种，但不限于此。
在一种实施方式中，所述离子液体溶液中的溶剂为甘油水溶液，甘油水溶液中甘油的含量可根据实际需要进行设置，作为举例，所述甘油水溶液中甘油的质量分数可以为60％。
在一种实施方式中，所述盐溶液中的盐选自氯化锂、氯化钾中的至少一种，但不限于此。
在一种实施方式中，所述盐溶液中的溶剂为甘油水溶液，甘油水溶液中甘油的含量可根据实际需要进行设置，作为举例，所述甘油水溶液中甘油的质量分数可以为60％。
在一种实施方式中，所述将所述水凝胶前体进行脱水处理之后，得到所述抗溶胀韧性水凝胶之前还包括步骤：
S52、采用无电沉积法，在脱水处理后的产物表面沉积金属层。此步骤可以得到在水下具有导电性的抗溶胀韧性水凝胶。
在进一步的实施方中，所述采用无电沉积法，在脱水处理后的产物表面沉积金属层的步骤具体包括：
将盐酸多巴胺与三(羟甲基)氨基甲烷混合后，配制得到第三溶液；
将脱水处理后的产物浸泡在所述第三溶液中，在脱水处理后的产物表面制备得到聚合物刷；
将表面含有聚合物刷的脱水处理后的产物浸泡在钯催化剂溶液中，然后浸泡在无电沉积金属盐溶液中，在所述脱水处理后的产物表面沉积金属层。
根据采用的无电沉积金属盐溶液的成分的不同，可在所述脱水处理后的产物表面沉积金属镍层或金属铜层。
本发明实施例还提供一种抗溶胀韧性水凝胶，其中，采用本发明实施例如上所述的制备方法制备得到。
下面通过具体的实施例进行详细说明。
以下实施例中，采用的原料均为市售产品，其中采用的氢化PDMS和乙烯基硅氧烷，购于到道康宁，型号为SYLGARD184(包含氢化PDMS和乙烯基硅氧烷这两种产品)。
实施例1
不同PDMS加入量的抗溶胀韧性水凝胶的制备：
a、将氢化PDMS与乙烯基硅氧烷以10：1质量比混合后，进行机械搅拌，得到PDMS预聚体；
b、将1799型PVA与水混合后，在90℃的温度下水浴搅拌1小时，得到PVA质量分数为10％的PVA溶液；
c、按照PDMS预聚体、PVA、吐温80质量比分别为0:1:0.08、0.25:1:0.08、0.5:1:0.08、1:1:0.08、1.75:1:0.08、3:1:0.08、5:1:0.08、9:1:0.08，将PDMS的预聚体、PVA溶液、吐温80进行混合，然后采用细胞粉碎机进行超声，功率设置为90％，超声8min，设置程序为工作2s间歇2s，取出后用玻璃棒手动混匀，再用细胞粉碎机进行超声，循环三次，得到分散均匀的混合液；
d、将混合液倒入模具中，放平并置于-70℃的低温箱中2天，取出后，在室温放置2天，得到水凝胶前体；
e、将水凝胶前体置于40℃烘箱中放置2天，再置于60℃烘箱中脱水，得到干燥状态下的抗溶胀韧性水凝胶。
测试：
(1)在室温条件下，得到的抗溶胀韧性水凝胶浸泡在水中不同时间的抗溶胀性能如图2中(a)所示，在水中浸泡一天的体积变化比的对比图如图2中(b)所示。其中，按照PDMS预聚体、PVA、吐温80质量比分别为0:1:0.08、0.25:1:0.08、0.5:1:0.08、1:1:0.08、1.75:1:0.08、3:1:0.08、5:1:0.08、9:1:0.08，将PDMS的预聚体、PVA溶液、吐温80进行混合最终制备得到的抗溶胀韧性水凝胶的测试结果分别对应图2(a)中0％、20％、33.3％、50％、66.7％、75％、83.3％、90％，分别对应图2(b)中PVA、20％、33.3％、50％、66.7％、75％、83.3％、90％。可以看出抗溶胀韧性水凝胶具有较好的抗溶胀性能。
(2)按照PDMS预聚体、PVA、吐温80质量比为3:1:0.08，将PDMS的预聚体、PVA溶液、吐温80进行混合最终制备得到的抗溶胀韧性水凝胶在水中浸泡不同天数的抗溶胀性能直观图如图3所示，在水中浸泡不同天数的质量以及直径变化曲线如图4所示，可以看出质量和直径基本不发生变化，抗溶胀韧性水凝胶具有良好的抗溶胀性能。
实施例2
(1)抗溶胀韧性水凝胶的制备：
a、将氢化PDMS与乙烯基硅氧烷以10：1质量比混合后，进行机械搅拌，得到PDMS的预聚体；
b、将1799型PVA与水混合后，在90℃的温度下水浴搅拌1小时，得到PVA质量分数为10％的PVA溶液；
c、按照PDMS预聚体、PVA、吐温80质量比为3:1:0.08，将PDMS的预聚体、PVA溶液、吐温80进行混合，然后采用细胞粉碎机进行超声，功率设置为90％，超声8min，设置程序为工作2s间歇2s，取出后用玻璃棒手动混匀，再用细胞粉碎机进行超声，循环三次，得到分散均匀的混合液；
d、将混合液倒入模具中，放平并置于-70℃的低温箱中2天，取出后，在室温放置2天，得到水凝胶前体；
e、将水凝胶前体置于40℃烘箱中放置2天，再置于60℃烘箱中脱水，得到干燥状态下的抗溶胀韧性水凝胶。
(2)具有离子导电性的抗溶胀韧性水凝胶的制备：
a、分别将氯化锂、氯化钾、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(BMIMBF4)、双三氟甲磺酰亚胺锂(LiTFSI)与甘油水溶液(甘油质量分数为60％)混合，分别制备得到浓度为1mol/L的氯化锂溶液、氯化钾溶液、BMIMBF4溶液、LiTFSI溶液；
b、将实施例2中的干燥状态下的抗溶胀韧性水凝胶分别置于上述四种溶液中浸泡24h，取出后，得到具有离子导电性的抗溶胀韧性水凝胶。
测试：
(1)将实施例2制备得到的具有离子导电性的抗溶胀韧性水凝胶在-60℃温度下的柔韧性测试结果如图5中(a)-(d)所示，可知将抗溶胀韧性水凝胶分别置于浓度为1mol/L的氯化锂溶液、氯化钾溶液、BMIMBF4溶液、LiTFSI溶液后，仍然具有较好的柔韧性。
(2)将实施例2制备得到的具有离子导电性的抗溶胀韧性水凝胶(在氯化锂溶液中浸泡得到)在-40℃的温度下进行导电性能测试，结果图6中(a)和(b)所示，未接通电源时小灯泡不亮(见图(a))，接通电源后，小灯泡发亮(见图(b))，证明实施例2中制备得到的抗溶胀韧性水凝胶具有良好的导电性。
实施例3
(1)抗溶胀韧性水凝胶的制备：
a、将氢化PDMS与乙烯基硅氧烷以10：1质量比混合后，进行机械搅拌，得到PDMS的预聚体；
b、将1799型PVA与水混合后，在90℃的温度下水浴搅拌1小时，得到PVA质量分数为10％的PVA溶液；
c、按照PDMS预聚体、PVA、吐温80质量比为3:1:0.08，将PDMS的预聚体、PVA溶液、吐温80进行混合，然后采用细胞粉碎机进行超声，功率设置为90％，超声8min，设置程序为工作2s间歇2s，取出后用玻璃棒手动混匀，再用细胞粉碎机进行超声，循环三次，得到分散均匀的混合液；
d、将混合液倒入模具中，放平并置于-70℃的低温箱中2天，取出后，在室温放置2天，得到水凝胶前体；
e、将水凝胶前体置于40℃烘箱中放置2天，再置于60℃烘箱中脱水，得到干燥状态下的抗溶胀韧性水凝胶。
(2)表面沉积有一层金属镍的抗溶胀韧性水凝胶的制备：
1)聚合物刷的制备：
a、将盐酸多巴胺、三(羟甲基)氨基甲烷与水混合后，得到混合溶液，其中，盐酸多巴胺质量分数为0.2％，三(羟甲基)氨基甲烷质量分数为0.12％。
b、将实施例3中制备得到的干燥状态下的抗溶胀韧性水凝胶浸泡在上述混合溶液中12h，在抗溶胀韧性水凝胶表面制备得到聚合物刷；
2)吸收钯催化剂：
a、将四氯钯氨酸加入到水中，制备得到四氯钯氨酸溶液，其中四氯钯氨酸溶液中四氯钯氨酸的质量分数为0.1％。
b、将上述表面含有聚合物刷的抗溶胀韧性水凝胶浸泡于四氯钯氨酸溶液3h，钯催化剂吸附在聚合物刷表面；
3)无电沉积：
表1 A液和B液的成分(溶剂为水)
Figure BDA0003849963800000131
a、将A液与B液按1：1(v/v)的比例均匀混合后，得到无电沉积溶液；
b、将上述含有钯催化剂的抗溶胀韧性水凝胶浸泡在无电沉积溶液中30min，在抗溶胀韧性水凝胶表面沉积一层金属镍。
测试：
(1)实施例3中制备得到的表面含有金属镍层的抗溶胀韧性水凝胶的柔韧性测试结果如图7所示，可以看出其仍具有较好的柔韧性。
(2)实施例3中制备得到的表面含有金属镍层的抗溶胀韧性水凝胶的表面及截面SEM图如图8中(a)和(b)所示。
(3)实施例3中制备得到的表面含有金属镍层的抗溶胀韧性水凝胶的导电性测试结果如图9所示，在水下经过揉搓仍保持良好的水下导电性(小灯泡一直保持亮灯状态)。
综上所述，本发明提供了一种抗溶胀韧性水凝胶及其制备方法，将亲水性有机聚合物和有机硅基疏水性弹性体共混，构建独特的亲疏水两相纳米杂化结构，综合了亲水性有机聚合物的柔性拉伸和有机硅基疏水性弹性体的弹性优势，亲水性有机聚合物的引入使抗溶胀韧性水凝胶具有良好的机械变形稳定性，而有机硅基疏水性弹性体的引入提高了抗溶胀韧性水凝胶的弹性和水下的抗溶胀性能。所述抗溶胀韧性水凝胶中，互穿亲水性有机聚合物作为凝胶基体，互穿亲水性有机聚合物基体作为粘结剂组装有机硅基疏水性弹性体微球，密排的有机硅基疏水性弹性体微球分散在其中。密排的有机硅基疏水性弹性体微球提供了机械韧性，抑制了水的渗透；亲水性有机聚合物易溶剂化，起到水通道的作用。在这种亲疏水两相组分的辅助下，水的含量可以很容易被调控，使得水凝胶具有良好的抗溶胀性能。此外，对所述抗溶胀韧性水凝胶进行后处理，可使其能够在全天候电子皮肤、溶剂中的智能传感器以及各种恶劣液体环境下的软机器人中进行应用
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种抗溶胀韧性水凝胶的制备方法，其特征在于，包括步骤：
提供液态有机硅基疏水性弹性体预聚体、亲水性有机聚合物及表面活性剂；
将所述亲水性有机聚合物加入到溶剂中，得到第一溶液；
将所述液态有机硅基疏水性弹性体预聚体、第一溶液、表面活性剂混合后，进行超声，得到第二溶液；
将所述第二溶液在第一预设温度下冷置处理第一预设时间后，放置于室温下静置第二预设时间，得到水凝胶前体；
将所述水凝胶前体进行脱水处理后，得到所述抗溶胀韧性水凝胶。
2.根据权利要求1所述的抗溶胀韧性水凝胶的制备方法，其特征在于，所述亲水性有机聚合物包括聚乙烯醇，所述液态有机硅基疏水性弹性体预聚体包括聚二甲基硅氧烷预聚体，所述表面活性剂包括吐温80。
3.根据权利要求1所述的抗溶胀韧性水凝胶的制备方法，其特征在于，所述亲水性有机聚合物、液态有机硅基疏水性弹性体预聚体、表面活性剂的质量比为1：(0.25～9)：0.08。
4.根据权利要求1所述的抗溶胀韧性水凝胶的制备方法，其特征在于，所述溶剂选自水或水溶性有机溶剂水溶液。
5.根据权利要求1所述的抗溶胀韧性水凝胶的制备方法，其特征在于，所述水溶性有机溶剂水溶液中的水溶性有机溶剂选自甘油、乙二醇中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的抗溶胀韧性水凝胶的制备方法，其特征在于，所述第一预设温度为-20℃～-70℃，第一预设时间为至少2天，第二预设时间为至少2天。
7.根据权利要求1所述的抗溶胀韧性水凝胶的制备方法，其特征在于，将所述水凝胶前体进行脱水处理的步骤包括：
将所述水凝胶前体放置于30～40℃的温度下至少2天，然后放置于60～80℃的温度下进行脱水。
8.根据权利要求1所述的抗溶胀韧性水凝胶的制备方法，其特征在于，所述将所述水凝胶前体进行脱水处理之后，得到所述抗溶胀韧性水凝胶之前还包括步骤：
将脱水处理后的产物浸泡在离子液体溶液和/或盐溶液中。
9.根据权利要求1所述的抗溶胀韧性水凝胶的制备方法，其特征在于，所述将所述水凝胶前体进行脱水处理之后，得到所述抗溶胀韧性水凝胶之前还包括步骤：
采用无电沉积法，在脱水处理后的产物表面沉积金属层。
10.一种抗溶胀韧性水凝胶，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的制备方法制备得到。
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