【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及多孔水凝膠材料，具體涉及一種具有分級多孔結構的超高強度水凝膠海綿及其制備方法和應用。
技術介紹
1、水凝膠海綿是一種可吸收大量水分的多孔材料，同時具有水凝膠的親水柔軟性和海綿的輕質特性。近年來，水凝膠海綿在海水蒸發(fā)、組織工程、生物醫(yī)用材料等領域得到廣泛應用，針對水凝膠海綿制備工藝、結構調控和性能優(yōu)化方面的工作取得了顯著進展。例如，中國專利cn113817214a公開了一種多孔水凝膠海綿制備方法，將致孔劑置于含雙鍵的透明質酸鈉或含雙鍵的明膠和光引發(fā)劑混合形成的水凝膠溶液中，保持負壓真空，至水凝膠溶液交聯，去除致孔劑后得到多孔水凝膠，凍干，制得多孔水凝膠海綿，該方法制得的多孔水凝膠海綿材料孔隙結構可控、均勻且相互連通，有效地增加了水凝膠海綿內部的孔隙率和比表面積。中國專利cn106916333a公開了一種聚乙烯醇醫(yī)用海綿的制備方法，將聚乙烯醇和淀粉加入到蒸餾水中攪拌溶解，加入交聯劑、乳化劑和穩(wěn)泡劑攪拌，加入酸性催化劑進行縮醛化的交聯反應，加熱固化，得到聚乙烯醇醫(yī)用海綿，該方法制備的聚乙烯醇醫(yī)用海綿具有貫通開孔結構且孔徑均勻，同時生物相容性好、親和性能佳、孔隙率高、吸液速率快。中國專利cn113599565a公開了制備梯度降解的醫(yī)用海綿的方法，包括如下步驟：構建剛性部分：提供第一水溶性纖維素衍生物，對其進行交聯形成具有第一黏度的水凝膠漿料；構建柔性部分：提供第二水溶性纖維素衍生物，對其進行交聯形成具有第二黏度的水凝膠漿料，其中，第二黏度小于第一黏度；構建復合結構：將具有第一黏度的水凝膠漿料和具有第二黏度的水凝膠漿料進行混
2、依賴于多孔結構的水凝膠的物質輸運效率是決定其功能多樣性的關鍵因素。提高孔隙率能夠顯著提升物質傳輸效率，但上述方法合成水凝膠的極端孔隙率增加通常會削弱其固有機械模量，從而導致明顯的變形和較差的承載能力，水凝膠海綿的拉伸斷裂強度有限，力學性能在長時間使用或循環(huán)變形過程中可能會產生蠕變等不良影響，從而縮短其使用壽命，這一缺陷嚴重限制了多孔水凝膠作為負載支撐支架在進一步應用中的潛力。針對市場對水凝膠海綿材料的潛在應用需求，如何在保證海綿高孔隙率的前提下提升其強度和耐用性成為挑戰(zhàn)。
技術實現思路
1、有鑒于此，本專利技術的目的在于提供一種具有分級多孔結構的超高強度水凝膠海綿及其制備方法和應用。本專利技術提供的水凝膠海綿具有高孔隙率且強度高。
2、為了實現上述專利技術目的，本專利技術提供以下技術方案：
3、本專利技術提供了一種具有分級多孔結構的超高強度水凝膠海綿的制備方法，包括以下步驟：
4、將聚乙烯醇類原料、氫鍵受體和石蠟高溫混合，進行溶膠-凝膠轉變，得到凝膠；所述高溫混合的溫度≥90℃；所述溶膠-凝膠轉變的溫度≤10℃；
5、將所述凝膠依次進行乙醇交換處理、正己烷交換處理和水交換處理，得到具有分級多孔結構的超高強度水凝膠海綿。
6、優(yōu)選地，所述聚乙烯醇類原料包括聚乙烯醇和/或聚乙烯醇接枝聚合物；
7、所述聚乙烯醇類原料的重均分子量為10～2000kda；
8、所述聚乙烯醇的醇解度為75～99.9％。
9、優(yōu)選地，所述氫鍵受體包括二甲基亞砜和/或n,n-二甲基甲酰胺；
10、所述聚乙烯醇類原料和氫鍵受體的質量比為5～20：80～95。
11、優(yōu)選地，所述聚乙烯醇和石蠟的質量比為5～20：10～30。
12、優(yōu)選地，所述高溫混合包括：將聚乙烯醇類原料溶解于二甲基亞砜中，然后加入石蠟攪拌混合。
13、優(yōu)選地，所述高溫混合的溫度為90～110℃；
14、所述溶解的時間為1～6h。
15、優(yōu)選地，所述溶膠-凝膠轉變的溫度為-5～10℃，時間為2～48h。
16、優(yōu)選地，所述乙醇交換處理的時間為24～72h；
17、所述正己烷交換處理的時間為48～120h；
18、所述水交換處理的時間為24～72h；
19、所述乙醇交換處理、正己烷交換處理和水交換處理過程中更換溶劑的時間間隔獨立地為4～8h。
20、本專利技術還提供了上述技術方案所述制備方法制得的具有分級多孔結構的超高強度水凝膠海綿。
21、本專利技術還提供了上述技術方案所述的具有分級多孔結構的超高強度水凝膠海綿在生物醫(yī)用材料、柔性可穿戴設備或組織工程材料中的應用。
22、本專利技術提供了一種具有分級多孔結構的超高強度水凝膠海綿的制備方法，包括以下步驟：將聚乙烯醇類原料、氫鍵受體和石蠟高溫混合，進行溶膠-凝膠轉變，得到凝膠；所述高溫混合的溫度≥90℃；所述溶膠-凝膠轉變的溫度≤10℃；將所述凝膠依次進行乙醇交換處理、正己烷交換處理和水交換處理，得到具有分級多孔結構的超高強度水凝膠海綿。本專利技術通過加入氫鍵受體能夠抑制聚乙烯醇(pva)分子鏈內/間的非共價作用并優(yōu)先與pva形成氫鍵；在高溫混合過程中，pva分子鏈具有舒展的構象且分布均勻；使用石蠟作為制孔劑，在凝膠網絡內構建大孔結構。本專利技術基于晶體約束模板的策略(即降溫誘導高溫混合得到的混合溶液發(fā)生溶膠-凝膠轉變)一鍋法一體成型，制備得到機械強度高的凝膠；協同多步溶劑(乙醇、正己烷和水)交換策略，不僅除去了石蠟制孔劑，還使原本充分舒展并均勻排布pva分子鏈收縮并形成大量結晶域和微孔結構，在提高了水凝膠海綿內部的孔隙結構與比表面積的基礎上，保證了水凝膠海綿的超高強度和彈性恢復性能，獲得了兼?zhèn)涑邚姸取⒏呖紫堵屎蛷椥曰謴托阅艿乃z海綿材料。而且，本專利技術提供的制備方法，制備過程步驟簡單，條件易行，適宜工業(yè)化生產。
23、本專利技術提供的水凝膠海綿具有分級多孔結構特征，在保證材料高孔隙率的基礎上，同時具備優(yōu)異的力學性能，在生物醫(yī)用材料、柔性可穿戴設備和組織工程材料領域具有廣闊的應用前景，可用于制備軟物質彈性支架等器械。
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1.一種具有分級多孔結構的超高強度水凝膠海綿的制備方法，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述聚乙烯醇類原料包括聚乙烯醇和/或聚乙烯醇接枝聚合物；
3.根據權利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述氫鍵受體包括二甲基亞砜和/或N,N-二甲基甲酰胺；
4.根據權利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述聚乙烯醇和石蠟的質量比為5～20：10～30。
5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述高溫混合包括：將聚乙烯醇類原料溶解于二甲基亞砜中，然后加入石蠟攪拌混合。
6.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述高溫混合的溫度為90～110℃；
7.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述溶膠-凝膠轉變的溫度為-5～10℃，時間為2～48h。
8.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述乙醇交換處理的時間為24～72h；
9.權利要求1～8任一項所述制備方法制得的具有分級多孔結構的超高強度水凝膠海綿。
10.權利要求9所述
...【技術特征摘要】
1.一種具有分級多孔結構的超高強度水凝膠海綿的制備方法，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述聚乙烯醇類原料包括聚乙烯醇和/或聚乙烯醇接枝聚合物；
3.根據權利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述氫鍵受體包括二甲基亞砜和/或n,n-二甲基甲酰胺；
4.根據權利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述聚乙烯醇和石蠟的質量比為5～20：10～30。
5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述高溫混合包括：將聚乙烯醇類原料溶解于二甲基亞砜中，然后加入石蠟...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：麻拴紅，趙曉鐸，袁浩航，周峰，
申請(專利權)人：中國科學院蘭州化學物理研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：
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