一种长效润滑的pH响应润滑液及水凝胶和其应用

本发明涉及智能水凝胶，尤其涉及一种长效润滑的ph响应润滑液及水凝胶和其应用。

背景技术：

1、摩擦现象存在于人们生产生活的方方面面，例如航空航天、工业制造、生物工程、软机器人等领域都离不开润滑。在人体中，当组织或器官的表面发生润滑失效时，会使滑动接触界面产生损伤。例如当关节软骨表面失去润滑功能时，会导致软骨磨损，进而引发更严重的关节疾病，如骨关节炎等。对于患有严重关节疾病的患者来说，进行人工关节置换手术是一种有效的临床治疗方法。然而，在苛刻的关节负载摩擦剪切环境下，现有的人工关节和仿生软骨制作材料，如金属、陶瓷、聚合物材料和强韧水凝胶等，都面临一个共同的技术问题—表面磨损严重，这是影响关节使用寿命、导致关节置换失败的主要原因。因此，开展人工关节材料减摩、抗磨研究，对于延长人工关节使用寿命、减缓关节疾病具有重要意义。

2、水凝胶是一种内部含水的三维亲水性或双亲性聚合物网络，通常由于聚合物间的物理或化学相互作用交联而成。由于其具有高弹性、柔韧性和生物相容性，水凝胶在日常生活中得到了多种应用。某些水凝胶在受到外界环境刺激时可以作出相应的响应，从而改变自身形状、结构或性能，这种凝胶被称为智能水凝胶。智能水凝胶可响应外界的多种环境刺激因素，包括温度、ph、光、电、磁等。将智能水凝胶应用于人工关节润滑，将有望降低人工关节磨损，提高其使用寿命，如何制备出一种具有兼具可控响应性和润滑性能的水凝胶是目前所需要的。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种长效润滑的ph响应润滑液及水凝胶和其应用。本发明提供的长效润滑的ph响应润滑液具有ph可控响应性，将其ph值调节至7以上得到水凝胶，并且所述水凝胶具有优异的减摩抗磨性能及长效润滑能力。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种长效润滑的ph响应润滑液，包括以下组分：聚乙烯吡咯烷酮、植酸、mxene纳米片、甘油和水，所述聚乙烯吡咯烷酮、mxene纳米片和甘油在润滑液中的质量分数分别为8～16％、0.1～0.8％和1～15％，所述植酸与聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1.5:1～1:1。

4、优选地，所述聚乙烯吡咯烷酮的平均分子量为2.2×105～1.3×106。

5、优选地，所述mxene纳米片为ti3c2tx mxene纳米片。

6、本发明提供了以上技术方案所述长效润滑的ph响应润滑液的制备方法，包括以下步骤：

7、将聚乙烯吡咯烷酮、植酸、mxene纳米片、甘油和水混合，得到所述长效润滑的ph响应润滑液。

8、优选地，所述混合的方法为：将mxene纳米片水分散液、聚乙烯吡咯烷酮水溶液和甘油进行第一搅拌混合，得到第一混合液；

9、将所述第一混合液与植酸水溶液进行第二搅拌混合，得到所述润滑液；

10、所述第一搅拌混合的时间为2～5h，所述第二搅拌混合的时间为5～10min。

11、本发明提供了一种长效润滑水凝胶，将以上技术方案所述长效润滑的ph响应润滑液或以上技术方案所述制备方法制备得到的长效润滑的ph响应润滑液的ph值调节至7以上而得到。

12、优选地，采用naoh溶液调节所述ph值，所述naoh溶液的浓度为1～10mol/l。

13、优选地，所述naoh溶液逐滴加入所述润滑液中，在所述滴加的过程中进行搅拌，所述搅拌的转速为600～800rpm。

14、本发明提供了以上技术方案所述长效润滑水凝胶在摩擦润滑领域中的应用。

15、优选地，所述摩擦润滑领域包括人工关节润滑材料的制备。

16、本发明提供了一种长效润滑的ph响应润滑液，包括以下组分：聚乙烯吡咯烷酮、植酸、mxene纳米片、甘油和水，所述聚乙烯吡咯烷酮、mxene纳米片和甘油在润滑液中的质量分数分别为8～16％、0.1～0.8％和1～15％，所述植酸与聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1.5:1～1:1。本发明提供的润滑液具有ph可控响应性，通过调节其ph值可调控植酸(pa)与聚乙烯吡咯烷酮(pvp)之间的氢键相互作用，促使其发生溶胶-凝胶转变，具体地，将所述润滑液的ph值调节为2～6时呈现为溶胶状态，而ph值调节为7以上时呈现为凝胶状态。

17、本发明提供了一种长效润滑水凝胶，将以上技术方案所述长效润滑的ph响应润滑液或以上技术方案所述制备方法制备得到的长效润滑的ph响应润滑液的ph值调节至7以上而得到。本发明将mxene纳米片和甘油引入pvp/pa水凝胶中，能够作为润滑相赋予水凝胶良好的减摩抗磨效果及长效润滑能力；同时，mxene表面和甘油均存在羟基，从而与聚合物之间形成氢键相互作用，一定程度上提高了水凝胶的交联程度和机械性能；此外，这种水凝胶材料具有良好的生物相容性、润滑性能及可注射性，有望作为一种理想的人工关节润滑剂。本发明提供的水凝胶具有优异的减摩抗磨性能和长效润滑能力以及良好的机械性能，且其制备过程简单，制备条件温和，原料绿色安全，环境友好，通过简单的液相反应即可获得，最大限度上避免了对环境的污染。

18、实施例结果表明，将本发明提供的长效润滑的ph响应润滑液的ph值调节至7，所得水凝胶在摩擦副为陶瓷(zro2)摩擦副，载荷为10n的测试条件下，摩擦系数为0.056，在测试进行108000个循环时，仍然能够保持较低的摩擦系数。

技术特征：

1.一种长效润滑的ph响应润滑液，其特征在于，包括以下组分：聚乙烯吡咯烷酮、植酸、mxene纳米片、甘油和水，所述聚乙烯吡咯烷酮、mxene纳米片和甘油在润滑液中的质量分数分别为8～16％、0.1～0.8％和1～15％，所述植酸与聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1.5:1～1:1。

2.根据权利要求1所述的长效润滑的ph响应润滑液，其特征在于，所述聚乙烯吡咯烷酮的平均分子量为2.2×105～1.3×106。

3.根据权利要求1所述的长效润滑的ph响应润滑液，其特征在于，所述mxene纳米片为ti3c2tx mxene纳米片。

4.权利要求1～3任意一项所述长效润滑的ph响应润滑液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述混合的方法为：将mxene纳米片水分散液、聚乙烯吡咯烷酮水溶液和甘油进行第一搅拌混合，得到第一混合液；

6.一种长效润滑水凝胶，其特征在于，将权利要求1～3任意一项所述长效润滑的ph响应润滑液或权利要求4或5所述制备方法制备得到的长效润滑的ph响应润滑液的ph值调节至7以上而得到。

7.根据权利要求6所述的长效润滑水凝胶，其特征在于，采用naoh溶液调节所述ph值，所述naoh溶液的浓度为1～10mol/l。

8.根据权利要求7所述的长效润滑水凝胶，其特征在于，所述naoh溶液逐滴加入所述润滑液中，在所述滴加的过程中进行搅拌，所述搅拌的转速为600～800rpm。

9.权利要求6～8任意一项所述长效润滑水凝胶在摩擦润滑领域中的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述摩擦润滑领域包括人工关节润滑材料的制备。

技术总结本发明提供了一种长效润滑的pH响应润滑液及水凝胶和其应用，涉及智能水凝胶技术领域。本发明提供了一种长效润滑的pH响应润滑液，包括以下组分：聚乙烯吡咯烷酮、植酸、MXene纳米片、甘油和水。本发明提供的润滑液具有pH可控响应性，通过调节其pH值可调控植酸与聚乙烯吡咯烷酮之间的氢键相互作用，促使其发生溶胶‑凝胶转变，具体地，将所述润滑液的pH值调节为2～6时呈现为溶胶状态，而pH值调节为7以上时呈现为凝胶状态。本发明提供了一种长效润滑水凝胶，将所述pH响应润滑液的pH值调节至7以上而得到。本发明提供的水凝胶具有优异的减摩抗磨性能和长效润滑能力以及良好的机械性能，且具有良好的生物相容性。技术研发人员：李章朋,黄焱,王金清,杨生荣受保护的技术使用者：中国科学院兰州化学物理研究所技术研发日：技术公布日：2024/7/4