本发明涉及高分子材料制备领域，具体涉及一种超强韧、抗冻、抗干燥透明聚乙烯醇有机水凝胶的制备方法及其应用。
背景技术：
1、水凝胶是一类极为亲水的三维网络结构凝胶，它在水中迅速溶胀并在此溶胀状态可以保持大量体积的水而不溶解，并且会将吸收的水保留在网络内部。水凝胶以其高度可调控的吸水性能、卓越的柔性和生物相容性在众多材料中脱颖而出，不仅能广泛应用于医疗敷料、保湿产品、卫生用品等领域，而且作为柔性传感器的理想材料，在压力、变形等多种感测应用中也有卓越表现，为创新科技和可持续发展提供了广阔的应用前景。
2、聚乙烯醇水凝胶是由凝胶因子交联所得，其结构与性能通常与内部交联网络的形成密切相关。目前，水凝胶网络的构建方法有很多，根据凝胶网络交联方式的不同，可分为化学交联或物理交联。化学交联的水凝胶是通过化学反应形成网络结构的水凝胶材料，这种交联方式涉及共价键的形成，通常具有较好的稳定性和力学性能。与物理交联相比，化学交联的制备过程通常较为复杂，需要精确的控制反应条件、催化剂等，增加了制备的难度，在一些化学交联的反应中，可能需要使用一些有害的化学物质或催化剂，对环境造成一定程度的影响。物理交联的水凝胶是一种通过物理相互作用形成网络结构的水凝胶材料，这种交联方式通常不涉及化学反应，而是通过分子间的非共价键相互作用来维持结构，物理交联通常不涉及有害的化学物质，因此这些水凝胶对环境的影响较小，符合环保要求。但是与化学交联相比，物理交联的稳定性较差，物理交联的水凝胶在力学性能上可能相对较弱，不适用于一些对强度要求较高的应用。
技术实现思路
1、针对现有的聚乙烯醇水凝胶机械强度低、不抗冻、不耐干燥等问题，本发明提供了一种超强韧聚乙烯醇有机水凝胶的制备方法，制备的聚乙烯醇有机水凝胶具有优异的强度和韧性，同时具有一定的传感性能，可应用于柔性传感器中。采用二甲基亚砜溶解聚乙烯醇，再经过冷冻解冻后形成凝胶，在去离子水中浸泡置换掉二甲基亚砜，提高聚乙烯醇水凝胶的结晶度和致密性，最后浸泡在多元醇溶剂中制备得到超强韧的聚乙烯醇有机水凝胶，可应用于柔性传感器和生物组织工程等方面。
2、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
3、本发明第一方面提供了一种聚乙烯醇水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
4、(1)将二甲基亚砜、聚乙烯醇混合，加热搅拌，得到聚乙烯醇-二甲基亚砜溶液；然后倒入模具中，在-30～-10℃冷冻6～10h，再在温度为20～30℃下解冻2～4h，重复冷冻解冻过程3～5次，得到聚乙烯醇-二甲基亚砜凝胶；
5、(2)将所述聚乙烯醇-二甲基亚砜凝胶浸泡在去离子水中，得到所述聚乙烯醇水凝胶。
6、优选地，所述聚乙烯醇-二甲基亚砜凝胶在去离子水中浸泡后，取出，然后浸泡在多元醇溶液中，得到聚乙烯醇有机水凝胶。
7、优选地，步骤(1)中，所述聚乙烯醇-二甲基亚砜溶液倒入模具后，在-30～-10℃冷冻7～9h，再在温度为20～30℃下解冻2.5～3.5h。
8、优选地，所述聚乙烯醇-二甲基亚砜溶液中聚乙烯醇的浓度为12～25wt％。
9、优选地，在冷冻前需进行消泡处理以除去溶液中的空气。
10、优选地，所述聚乙烯醇-二甲基亚砜凝胶在去离子水中浸泡的时间为24～48h，更换去离子水的周期为每隔8h一次。
11、优选地，所述多元醇溶液为乙二醇、丙三醇中的一种；进一步优选地，所述多元醇溶液为丙三醇。
12、进一步优选地，浸泡在所述多元醇溶液中的时间为0.5～1.5h。
13、本发明第二方面提供了一种聚乙烯醇水凝胶，由所述的聚乙烯醇水凝胶的制备方法制备得到。
14、优选地，所述聚乙烯醇水凝胶的拉伸强度为3～12mpa；进一步优选地，所述聚乙烯醇水凝胶的拉伸强度为9～12mpa。
15、优选地，所述聚乙烯醇水凝胶的断裂伸长率为400％～700％；进一步优选地，所述聚乙烯醇水凝胶的断裂伸长率为600％～700％。
16、本发明第三方面提供了所述的聚乙烯醇水凝胶在制备柔性传感器中的应用。
17、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
18、(1)聚乙烯醇先溶解在二甲基亚砜中，二甲基亚砜是一种强氢键受体，可以使聚乙烯醇聚合物粉末以非聚集状态在溶液中完全分散，在交联的步骤中，由于聚乙烯醇和水分子之间的氢键作用较弱，而聚乙烯醇分子之间的氢键作用更强，根据强氢键取代弱氢键的原理，泡水后恢复了聚乙烯醇分子间的氢键，形成了坚韧的水凝胶网络。而后再开始进行冷冻解冻，通过反复冷冻解冻过程强化氢键作用，在低温下使聚乙烯醇内部形成氢键交联结构，提高其结晶度和致密性，得到超强韧的聚乙烯醇水凝胶。再将其置于多元醇溶剂中，置换部分水分子，获得超强韧、抗冻、抗干燥透明有机水凝胶。
19、(2)本发明制备的聚乙烯醇有机水凝胶具有良好的导电性能，可以感知外界应力变化，具有一定的传感性能，可以应用于柔性传感器和生物组织工程等。
1.一种聚乙烯醇水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的聚乙烯醇水凝胶的制备方法，其特征在于，所述聚乙烯醇-二甲基亚砜凝胶在去离子水中浸泡后，取出，然后浸泡在多元醇溶液中，得到聚乙烯醇有机水凝胶。
3.根据权利要求1或2所述的聚乙烯醇水凝胶的制备方法，其特征在于，所述聚乙烯醇-二甲基亚砜溶液中聚乙烯醇的浓度为12～25wt％。
4.根据权利要求1或2所述的聚乙烯醇水凝胶的制备方法，其特征在于，在冷冻前需进行消泡处理以除去溶液中的空气。
5.根据权利要求1或2所述的聚乙烯醇水凝胶的制备方法，其特征在于，所述聚乙烯醇-二甲基亚砜凝胶在去离子水中浸泡的时间为24～48h，更换去离子水的周期为每隔8h一次。
6.根据权利要求2所述的聚乙烯醇水凝胶的制备方法，其特征在于，所述多元醇溶液为乙二醇、丙三醇中的一种。
7.根据权利要求6所述的聚乙烯醇水凝胶的制备方法，其特征在于，浸泡在所述多元醇溶液中的时间为0.5～1.5h。
8.一种聚乙烯醇水凝胶，其特征在于，由权利要求1-7任一项所述的聚乙烯醇水凝胶的制备方法制备得到。
9.权利要求8所述的聚乙烯醇水凝胶在制备柔性传感器中的应用。
