[發(fā)明專利]一種基于海藻酸鈉-聚丙烯酰胺水凝膠的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310287351.0
• 申請日: 2013-07-09
• 公開（公告）號(hào): CN103396562A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳詠梅;王美香;周進(jìn)雄;楊燦輝
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): C08J3/075
• 分類號(hào): C08J3/075;C08J3/24;C08L5/04;C08L33/26;C08F220/56;C08F222/38
• 代理公司: 西安智大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 弋才富

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高分子材料的技術(shù)范疇，具體涉及一種基于海藻酸鈉-聚丙烯酰胺水凝膠的制備方法。

技術(shù)背景

水凝膠是一種在其三維聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中含有90%以上水的“軟、濕”型功能高分子材料。但是由于大多數(shù)水凝膠的力學(xué)性能較低，嚴(yán)重制約了其應(yīng)用范圍。通常傳統(tǒng)水凝膠的斷裂能約為10J/m²，遠(yuǎn)低于天然組織（軟骨約1000J/m²）和天然橡膠（約10000J/m²）的斷裂能。具有特殊力學(xué)性能的水凝膠（如高壓縮強(qiáng)度和高拉伸性能的水凝膠）具有廣泛的應(yīng)用前景，例如可用于人工肌肉、驅(qū)動(dòng)器、傳感器、組織工程等。因此設(shè)計(jì)具有高力學(xué)性能的水凝膠對(duì)拓展其應(yīng)用范圍具有實(shí)際意義。

研究表明將一些不同種類的高分子材料通過適當(dāng)?shù)闹苽浞椒◤?fù)合，可以得到一些具有優(yōu)異力學(xué)性能的復(fù)合水凝膠材料。這些復(fù)合水凝膠材料的力學(xué)性能并不是構(gòu)成它們的幾類單一高分子材料力學(xué)性能的簡單加和,而是表現(xiàn)出優(yōu)異的協(xié)同作用。目前具有代表性的高強(qiáng)度水凝膠是具有高壓縮強(qiáng)度的聚2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸(2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic?acid，簡稱AMPS)/聚丙烯酰胺(acrylamide，簡稱AAm)雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠和具有高拉伸性能的海藻酸鈉/聚丙烯酰胺水凝膠。Gong?J?P等通過兩步法制備得到了具有兩層獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的高強(qiáng)度雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠。該水凝膠以AMPS和AAm分別作為第一層和第二層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的單體，甲叉雙丙烯酰胺（N,N’-methylenebis-(acrylamide)，簡稱MBAA）和α-酮戊二酸分別作為雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠的交聯(lián)劑和光引發(fā)劑。第一步，按一定材料用量在紫外光照射下合成PAMPS水凝膠即第一層網(wǎng)絡(luò)；第二步，將第一步制好的PAMPS水凝膠浸泡在含AAm單體、交聯(lián)劑MBAA和光引發(fā)劑α-酮戊二酸的水溶液里一段時(shí)間，取出后再進(jìn)行紫外光照交聯(lián)即可得到雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠。該雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠的壓縮強(qiáng)度可達(dá)17.2MPa，但拉伸測試時(shí)，應(yīng)變僅達(dá)75%即發(fā)生斷裂（Gong?J?P,Katsuyama?Y,Kurokawa?T,Osada?Y,2003,15:1155-1158）。Suo?Z?G等采用一步法合成了具有高拉伸性能的水凝膠。該水凝膠以AAm和天然大分子海藻酸鈉為單體，硫酸鈣作為海藻酸鈉的交聯(lián)劑，MBAA、過硫酸銨（ammonium?persulphate，簡稱APS）和N,N,N’,N’-4甲基乙二胺（N,N,N’,N’-tetramethylethylenediamine,簡稱TEMED）分別為丙烯酰胺的交聯(lián)劑、熱引發(fā)劑和催化劑，一步制備得到海藻酸鈉/聚丙烯酰胺水凝膠。具體步驟為：把海藻酸鈉和AAm溶解在一定量的去離子水里，再依次把MBAA、APS、硫酸鈣和TEMED溶解在上述溶液里，然后把溶液倒進(jìn)玻璃模具在50℃紫外光交聯(lián)1h。該水凝膠可拉伸約20倍，但相應(yīng)的拉伸強(qiáng)度僅約為156kPa(Sun?J?Y,Zhao?X?H,Illeperuma?W?R?K,Chaudhuri?O,Oh?K?H,Mooney?D?J,Vlassak?J?J,Suo?Z?G,2012,489:133-136)。上述兩種技術(shù)都存在一定的缺陷，Gong?J?P等人制備的高強(qiáng)度雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠的韌性較低，Suo?Z?G等人合成的高拉伸性能水凝膠的拉伸強(qiáng)度比較低。

發(fā)明內(nèi)容

為克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種兩步法制備基于海藻酸鈉-聚丙烯酰胺水凝膠的方法。該方法采取首先制備貫穿有海藻酸鈉高分子鏈的共價(jià)交聯(lián)的聚丙烯酰胺水凝膠，然后將其浸泡在含有非一價(jià)陽離子的水溶液中，在浸泡過程中非一價(jià)陽離子擴(kuò)散到水凝膠網(wǎng)絡(luò)里，通過靜電作用交聯(lián)海藻酸鈉，制備得到兼具高強(qiáng)度和高韌性的海藻酸鈉-聚丙烯酰胺水凝膠。

為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種基于海藻酸鈉-聚丙烯酰胺水凝膠的制備方法，具體包括以下步驟：