[發(fā)明專利]一種水解聚丙烯腈/明膠復(fù)合凝膠纖維的制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710040315.9
• 申請(qǐng)日: 2007-04-29
• 公開（公告）號(hào): CN101058902A
• 公開（公告）日: 2007-10-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 顧利霞;俞力為;徐健巖
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東華大學(xué)
• 主分類號(hào): D01F8/08
• 分類號(hào): D01F8/08;D01F8/18;D01D1/02;D01D5/06
• 代理公司: 上海泰能知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所
• 代理人: 黃志達(dá);謝文凱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬智能凝膠纖維的制備領(lǐng)域，特別是涉及一種水解聚丙烯腈/明膠復(fù)合凝膠纖維的制備方法。

背景技術(shù)

水凝膠是一種高分子三維網(wǎng)絡(luò)與水組成的多元體系，能在水或其他一些水溶液中發(fā)生溶脹。當(dāng)處于溶脹狀態(tài)時(shí)，水凝膠柔軟而有彈性，很類似于生物組織。Flory、Kachalsky、Tanaka等科學(xué)家的理論和實(shí)驗(yàn)闡明了凝膠體系的相轉(zhuǎn)變現(xiàn)象，智能凝膠的研究越來越受到關(guān)注。智能凝膠是指擁有能夠?qū)Νh(huán)境條件的變化(如溫度、pH值、電場(chǎng)、光、溶劑等)作相應(yīng)的變化并進(jìn)行可逆響應(yīng)能力的材料。其應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛，如化學(xué)閥、力化學(xué)制動(dòng)器、藥物傳遞、循環(huán)吸收、溶質(zhì)分離、生物反應(yīng)器、生物鑒定、人工肌肉等。其中，作為人工器官或人工肌肉的研究正逐漸成為當(dāng)前的熱點(diǎn)。當(dāng)人們由于受到身體損傷而遭受殘障時(shí)往往希望身體機(jī)能恢復(fù)，需要包括人工肌肉在內(nèi)的人造器官的幫助來恢復(fù)日常生活。在這些智能凝膠中，pH響應(yīng)性凝膠已經(jīng)被廣泛研究，尤其是凝膠纖維，其在交替變化的pH環(huán)境下可發(fā)生可逆的伸長(zhǎng)和收縮現(xiàn)象，而這種行為非常類似于天然肌肉收縮的特性。早在1950年W.Kuhn和A.Katchalsky制得了具有pH響應(yīng)性的聚丙烯酸和聚乙烯醇共混凝膠纖維，但這種纖維最大缺點(diǎn)是其響應(yīng)速度太慢，為分級(jí)，而天然肌肉的收縮速度約為0.001秒。在1985年到1995年之間，出現(xiàn)了大量新的凝膠體系，其中聚丙烯腈纖維經(jīng)預(yù)氧化和水解處理制得pH響應(yīng)性凝膠纖維，其纖維直徑可達(dá)到約22m，響應(yīng)速度約為2秒。但大多數(shù)凝膠材料制備工藝上往往采用單體聚合得到塊狀凝膠后切成細(xì)絲以及在毛細(xì)管中直接單體聚合制備得到。這種材料直徑往往在幾百個(gè)微米到幾個(gè)毫米之間，顯著影響響應(yīng)速度的提高，而且聚合過程不徹底，有毒性單體殘存，也很大程度上限制這類材料在人體組織復(fù)原工程中的應(yīng)用，尤其是復(fù)原肌肉，需要替代物具有快速和準(zhǔn)確的可逆響應(yīng)特點(diǎn)以及優(yōu)良的生物相容性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種水解聚丙烯腈/明膠復(fù)合凝膠纖維的制備方法。明膠與水解聚丙烯腈具有一定生物相容性和高環(huán)境響應(yīng)性，以克服高分子凝膠尺寸較大、響應(yīng)速度慢以及生物相容性差的缺陷。所制得的凝膠纖維除具有較快的pH響應(yīng)速度，其收縮度和收縮力均接近人體骨骼肌的數(shù)值。該方法簡(jiǎn)便易行，成本低，制得纖維可用于組織修復(fù)用材料。

一種水解聚丙烯腈/明膠復(fù)合凝膠纖維的制備方法，包括下列步驟：

(1)水解聚丙烯腈的制備：

將30g聚丙烯腈粉末、18g氫氧化鈉和120ml水混合，在攪拌下，將整個(gè)體系的溫度以1℃/分鐘、每升10℃恒溫10分鐘的方式逐步升到90℃，恒溫3小時(shí)，將堿解得到的水解聚丙烯腈溶液用濃度為0.1～1mol/L的鹽酸溶液中和，然后用甲醇或乙醇沉淀出來，干燥，研磨成水解聚丙烯腈粉末；

(2)紡絲原液的制備：

將質(zhì)量比為4～16∶16～4∶80的水解聚丙烯腈粉末、明膠顆粒和水混合，在40℃～60℃恒溫?cái)嚢枞芙猓?2-24小時(shí)的脫泡得到紡絲用原液；

(3)凝固浴的配制：

在25℃-30℃配制飽和硫酸鈉水溶液，按0.1～3∶100的體積比加入濃度為25％的二醛水溶液，加入濃硫酸，使凝固浴中硫酸含量為0.2～2mol/L；

(4)水解聚丙烯腈/明膠復(fù)合凝膠纖維的紡絲工藝：

將制備的紡絲原液通過紡絲設(shè)備紡絲擠出，在25℃-30℃的凝固浴中成形，將所得絲條在凝固浴中恒溫放置10～15小時(shí)交聯(lián)，將絲條在空氣中拉伸、干燥、制得水解聚丙烯腈/明膠復(fù)合凝膠纖維。

步驟1中所述聚丙烯腈分子量為50000～70000；

步驟2中所述的明膠分子量為100000～150000；

步驟4所述的拉伸倍數(shù)為3～5。

本發(fā)明是利用具有與人體生物相容的明膠作為一個(gè)組分，用快速響應(yīng)的水解聚丙烯腈作為另一組分，紡制凝膠纖維。有益效果是：所制得的凝膠纖維除具有一定生物相容性外，還具有較快的pH響應(yīng)速度(伸長(zhǎng)響應(yīng)時(shí)間約為0.5秒，收縮響應(yīng)時(shí)間約為1.0秒)，另外，其收縮度為25％～50％，收縮力約為8kg/cm²，均接近人體骨骼肌相應(yīng)的數(shù)值。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。

實(shí)施例1