[發(fā)明專利]一種聚丙烯酰胺水凝膠的制備方法

有效

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• 申請日: 2018-09-18
• 公開（公告）號: CN109400818B
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發(fā)明（設計）人: 徐丹;徐婷;陳靜;聶磊;付俊
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: C08F283/06
• 分類號: C08F283/06;C08F220/56;C08F2/48
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱月芬

本發(fā)明公開了一種聚丙烯酰胺水凝膠的制備方法。傳統(tǒng)方法難以實現(xiàn)動態(tài)、可逆、無損的設計要求。本發(fā)明方法以商業(yè)品Pluronic F127為原料，通過吡啶催化的親核加成反應，制備了兩端有雙鍵修飾的Pluronic F127DA。將Pluronic F127DA溶解在含二甲基亞砜的去離子水中，然后將溶液與丙烯酰胺單體、引發(fā)劑混合均勻，注入模具，在紫外光的照射下無規(guī)共聚反應，得到具有特定形狀的聚丙烯酰胺水凝膠。本發(fā)明方法通過調(diào)整溶劑體系中二甲基亞砜和去離子水的比例，可以在保持聚丙烯酰胺水凝膠強度的同時，對水凝膠的模量、斷裂伸長率等進行動態(tài)、可逆的調(diào)節(jié)。

技術領域

本發(fā)明屬于材料學技術領域，涉及一種聚丙烯酰胺水凝膠的制備方法，特別是一種可以通過非水溶劑體系調(diào)控聚丙烯酰胺水凝膠力學性能的聚丙烯酰胺水凝膠制備方法，具體是通過將極性有機溶劑引入水凝膠溶劑體系調(diào)控聚丙烯酰胺水凝膠力學性能。

背景技術

水凝膠是一種具有三維交聯(lián)網(wǎng)絡的高含水率材料，內(nèi)部環(huán)境與人體非常相似。具有一定力學性能和特定結(jié)構(gòu)的水凝膠，在細胞培養(yǎng)、組織工程、軟物質(zhì)驅(qū)動器、可穿戴器件等領域有著廣泛的應用前景。聚丙烯酰胺水凝膠是一類被廣泛研究并應用的水凝膠材料，其單體在水中有著很好的溶解性，在室溫下可達50mg/mL。雖然通過調(diào)節(jié)體系中單體的用量，可以在很大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)聚丙烯酰胺水凝膠的力學性能(ACS Macro Letters，2014，3(5):496-500)。但是這種方法對水凝膠而言是不可逆的，并且在調(diào)節(jié)材料模量的同時，犧牲了材料本身的強度。而簡單通過交聯(lián)劑用量、交聯(lián)網(wǎng)絡的設計來調(diào)節(jié)聚丙烯酰胺凝膠性能(Advanced materials，2003，15(14):1155-1158)，也難以實現(xiàn)動態(tài)、可逆、無損的設計要求，不利于其實際應用。

研究表明，通過動態(tài)的交聯(lián)體系，有望實現(xiàn)對聚丙烯酰胺水凝膠性能的可逆、無損調(diào)控。傳統(tǒng)的動態(tài)交聯(lián)手段包括主客體化學、氫鍵作用、動態(tài)共價鍵等，但是這些手段制備的聚丙烯酰胺水凝膠存在著力學性能不好、可操做性差、調(diào)節(jié)周期長的缺點，很難在實際場景中廣泛使用。與這些動態(tài)交聯(lián)的手段相比，采用大分子交聯(lián)劑，如大分子微球、嵌段共聚物、天然多糖等，作為交聯(lián)劑的水凝膠性能明顯提高。

對聚丙烯酰胺水凝膠而言，作為動態(tài)交聯(lián)網(wǎng)絡支撐的大分子微球、嵌段共聚物、天然多糖等的引入，能夠有效提升凝膠的力學性能，同時也會降低凝膠的長期穩(wěn)定性和可控性。如何在可逆地調(diào)節(jié)聚丙烯酰胺水凝膠力學性能的同時維持凝膠本身的強度是目前研究的難點之一。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術的不足，提供了可以通過非水溶劑體系調(diào)控聚丙烯酰胺水凝膠力學性能的聚丙烯酰胺水凝膠的制備方法。

本發(fā)明采用雙鍵官能化的Pluronic F127這種嵌段共聚物作為交聯(lián)劑，并將二甲基亞砜這種極性有機溶劑引入溶劑體系中，制備力學性能可調(diào)節(jié)、強度基本沒有損失的聚丙烯酰胺水凝膠。其中，普蘭尼克(Pluronic)為泊洛沙姆(Poloxamer)這一類聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段共聚物的商品名，是一類新型的高分子非離子表面活性劑，Pluronic F127是其中典型的代表。

本發(fā)明以商業(yè)品Pluronic F127為原料，通過吡啶催化的親核加成反應，制備了兩端有雙鍵修飾的Pluronic F127(以下簡稱Pluronic F127DA)。然后將Pluronic F127DA溶解在含二甲基亞砜的去離子水中，通過磁力攪拌獲得均一、透明的溶液。最后將上述溶液與丙烯酰胺單體、引發(fā)劑混合均勻，注入模具，制備塊狀的聚丙烯酰胺水凝膠。以官能化的嵌段共聚物Pluronic F127DA作為交聯(lián)劑制備的聚丙烯酰胺水凝膠，網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)均勻，拉伸性能優(yōu)異，凝膠在收到大形變的時候不會破碎。而二甲基亞砜這種有機溶劑可以與去離子水很好地相容，其生物毒性也很小，但兩者對于交聯(lián)網(wǎng)絡的相容性有較大差異。通過調(diào)整溶劑體系中二甲基亞砜和去離子水的比例，可以在保持聚丙烯酰胺水凝膠強度的同時，對水凝膠的模量、斷裂伸長率等進行動態(tài)、可逆的調(diào)節(jié)。

本發(fā)明方法的具體步驟是：