[發(fā)明專利]高強度多元交聯(lián)水凝膠及其制備方法

有效

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• 申請日: 2021-03-30
• 公開（公告）號: CN113072719B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周應(yīng)山;裴敏潔;張夢帆;范朋琿;楊紅軍;顧紹金;葉德展;陶詠真;徐衛(wèi)林
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢紡織大學(xué)
• 主分類號: C08J3/075
• 分類號: C08J3/075;C08J3/24;C08L29/04;C08L1/04
• 代理公司: 武漢卓越志誠知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42266
• 代理人: 胡婷婷

本發(fā)明提供了一種高強度多元交聯(lián)水凝膠及其制備方法。本發(fā)明將富含羥基的水凝膠基質(zhì)與纖維素納米晶體進行初交聯(lián)得到凝膠，然后再在多酚類物質(zhì)的溶液中浸漬交聯(lián)，得到高強度多元交聯(lián)水凝膠。如此操作，水凝膠中包含纖維素納米晶體?聚合物鏈的氫鍵作用、纖維素納米晶體?單寧酸的氫鍵作用和聚合物鏈?單寧酸的氫鍵作用，三者協(xié)同作用，能夠?qū)?yīng)力由聚合物轉(zhuǎn)移到剛性的纖維素納米晶體中，在保證聚合物分子鏈柔性的同時使其拉伸強度和壓縮強度都得到了顯著提高，同時對其含水量的影響不大。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水凝膠制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高強度多元交聯(lián)水凝膠及其制備方法。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的聚合物水凝膠由于單一交聯(lián)，不均勻的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和高含水量，通常表現(xiàn)出較差的機械性能，如脆性和低斷裂強度。盡管水凝膠的結(jié)構(gòu)和組成與軟骨和肌腱等生物體的軟組織相似，但其機械性能仍存在較大差距，這極大地限制了水凝膠的實用性，尤其當水凝膠用作承重材料使用時。近年來，提高聚合物水凝膠的機械性能(如強度、斷裂伸長率和韌性)引起了科學(xué)研究的熱潮。目前，科學(xué)家已經(jīng)成功開發(fā)了多種高機械強度的水凝膠，包括雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠、離子交聯(lián)水凝膠、納米顆粒增強水凝膠和纖維素納米晶體復(fù)合水凝膠等。

聚乙烯醇(PVA)具有低毒性和良好的生物相容性。由于聚乙烯醇在其分子鏈中存在大量羥基，因此具有良好的水溶性和膠凝性。聚乙烯醇水凝膠由于其親水性、生物相容性、無毒性和化學(xué)穩(wěn)定性，已被廣泛用于生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域。聚乙烯醇水凝膠可通過戊二醛、硼酸等小分子交聯(lián)劑化學(xué)交聯(lián)或反復(fù)冷凍解凍法制備。但是，小分子交聯(lián)劑的殘留引起的生物毒性問題以及反復(fù)凍融成型導(dǎo)致水凝膠機械性能差的問題限制了其應(yīng)用。以無機納米摻雜物如蒙脫土、鋰藻土、氧化石墨烯等作為增強相，填充到PVA基質(zhì)中雖然可以一定程度上增強其力學(xué)性能，但還存在分散性和穩(wěn)定性差、強度提高有限等缺點。

為了提高水凝膠的拉伸強度，在水凝膠中添加源自天然材料的纖維素納米晶體。纖維素納米晶體具有表面積/體積比大，優(yōu)異的機械性能和出色的生物相容性的特點，纖維素納米晶體可用于構(gòu)建模擬微孔環(huán)境以促進細胞增殖和增強。但現(xiàn)有采用纖維素納米晶體增強的水凝膠拉伸強度仍然有待提高。

有鑒于此，有必要設(shè)計一種改進的高強度多元交聯(lián)水凝膠及其制備方法，以解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種高強度多元交聯(lián)水凝膠及其制備方法。本發(fā)明將富含羥基的水凝膠基質(zhì)與纖維素納米晶體進行初交聯(lián)得到凝膠，然后再在多酚類物質(zhì)的溶液中浸漬交聯(lián)，得到高強度多元交聯(lián)水凝膠。該水凝膠的拉伸強度、壓縮強度和彈性模量等機械性能得到了質(zhì)的提高。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種高強度多元交聯(lián)水凝膠的制備方法，包括以下步驟：

S1.將富含羥基的水凝膠基質(zhì)與纖維素納米晶體混合進行交聯(lián)，得到凝膠；

S2.將步驟S1得到的所述凝膠浸泡在多酚類物質(zhì)的溶液中，交聯(lián)反應(yīng)預(yù)設(shè)時間，得到所述高強度多元交聯(lián)水凝膠。

作為本發(fā)明的進一步改進，在步驟S1中，所述富含羥基的水凝膠基質(zhì)包括但不限于為聚乙烯醇、海藻酸鈉、明膠中的一種或多種。

作為本發(fā)明的進一步改進，在步驟S1中，所述交聯(lián)的方法包括但不限于為雙鍵交聯(lián)、席夫堿交聯(lián)、離子交聯(lián)、氫鍵交聯(lián)中的一種或多種。

作為本發(fā)明的進一步改進，在步驟S1中，所述交聯(lián)的方法至少包括雙鍵交聯(lián)，所述富含羥基的水凝膠基質(zhì)為經(jīng)過雙鍵改性的水凝膠基質(zhì)。

作為本發(fā)明的進一步改進，在步驟S1中，所述富含羥基的水凝膠基質(zhì)為經(jīng)過甲基丙烯酸縮水甘油酯改性的聚乙烯醇。

作為本發(fā)明的進一步改進，在步驟S1中，所述纖維素納米晶體的粒徑為20-80nm，所述纖維素納米晶體的添加質(zhì)量為所述富含羥基的水凝膠基質(zhì)質(zhì)量的5％-60％。