[發(fā)明專利]一種抗凍水凝膠及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110644255.1
• 申請(qǐng)日: 2021-06-09
• 公開（公告）號(hào): CN113444200B
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉志陽(yáng);劉群峰;呂惠平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣州豐歌生物科技有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): C08F220/56
• 分類號(hào): C08F220/56;C08F220/58;C08F220/06;C08F230/08;C08F2/38;C08F2/44;C08K3/34;C09K5/08
• 代理公司: 廣州嘉權(quán)專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 44205
• 代理人: 齊鍵

本發(fā)明公開了一種抗凍水凝膠及其制備方法和應(yīng)用，所述抗凍水凝膠的制備原料包括：聚合單體、有機(jī)硅材料、鏈轉(zhuǎn)移劑和醇類。本發(fā)明通過(guò)在水凝膠中加入有機(jī)硅材料、鏈轉(zhuǎn)移劑和醇類，可有效改善水凝膠在凍結(jié)狀態(tài)下的彈性，并延長(zhǎng)解凍時(shí)間。本發(fā)明的抗凍水凝膠具有較好的彎曲性和拉伸性，在冰箱的凍箱中即可凍結(jié)，凍結(jié)后凝膠的表面形成碎冰狀的冰晶，凝膠本體變成乳白色，凝膠可以彎曲，可以達(dá)到200％以上的斷裂伸長(zhǎng)率，在低溫下的保持時(shí)間可達(dá)1小時(shí)以上。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水凝膠技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種抗凍水凝膠及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

水凝膠由分散在水中的親水聚合物交聯(lián)形成的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。聚合物網(wǎng)絡(luò)賦予了水凝膠類似于固體的機(jī)械性能，而水凝膠中大量的水賦予了其類似于液體的傳輸性能。很多水凝膠具有生物相容性，因而水凝膠在生物醫(yī)用領(lǐng)域具有廣泛的用途。水凝膠含有大量的水，水具有較高的比熱容，冷凍結(jié)冰后融化潛熱較高，因而水凝膠可以作為蓄冷和人體冷療材料。但是當(dāng)水凝膠的溫度降低到冰點(diǎn)以下時(shí)，原來(lái)具有彈性和韌性的水凝膠結(jié)冰后變硬，缺乏彈性和韌性，難以卷曲。硬質(zhì)的結(jié)冰水凝膠難以貼合人體表面，固定效果不佳，這大大降低了水凝膠冷療的舒適度和效果。設(shè)計(jì)水凝膠體系使其在低溫下具有較好的柔韌性可以擴(kuò)大水凝膠的在低溫條件下的應(yīng)用范圍。

近年來(lái)已有較多關(guān)于抗凍水凝膠的報(bào)道，一般思路都是通過(guò)在水凝膠中添加抗凍保護(hù)劑如有機(jī)溶劑甘油、乙二醇和山梨酸醇，離子鹽類如氯化鈣、氯化銨、硫酸鋅和氯化鋰等，降低水凝膠的凝固點(diǎn)，提高其抗凍的性能，使得水凝膠在低溫到高溫較寬的溫度范圍具有良好的柔性，有效的提高了水凝膠在實(shí)際應(yīng)用中的實(shí)用性和耐用性。

雖然這類抗凍水凝膠的冰點(diǎn)降低，使用時(shí)沒(méi)有凍結(jié)，凝膠較為柔軟，使用時(shí)貼合性和舒適度較高，但是這類抗凍水凝膠用作冷療材料效果也不好。其主要原因是這類抗凍凝膠由于冰點(diǎn)大幅下降，抗凍水凝膠作為冷療材料使用時(shí)高于冰點(diǎn)(如果達(dá)到其冰點(diǎn)，也會(huì)發(fā)生凍結(jié)，變成硬質(zhì)的結(jié)冰材料)，使用時(shí)沒(méi)有發(fā)生凍結(jié)，保持冷療的制冷持續(xù)時(shí)間較短，遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于采用冰塊和非抗凍的水凝膠的制冷持續(xù)時(shí)間。使用非抗凍的水凝膠作為冷療材料，使用時(shí)凝膠處于結(jié)冰狀態(tài)，冷療過(guò)程中需要吸收大量的體熱才能使其融化，發(fā)生了相轉(zhuǎn)變過(guò)程，因而冷療時(shí)間較長(zhǎng)。抗凍凝膠使用時(shí)并未發(fā)生結(jié)冰，在冷療過(guò)程中未發(fā)生相轉(zhuǎn)變過(guò)程，材料吸收人體熱量后材料的溫度會(huì)較快的上升，冷療的時(shí)間遠(yuǎn)低于結(jié)冰狀態(tài)，因而冷療時(shí)效較短。

目前市場(chǎng)上甘油-凝膠冷療材料(代表商品如Elasto-Gel)就屬于這一類抗凍材料，凝膠有彈性，冷敷較為柔軟，但是冷療時(shí)間較短。理想的彈性凝膠冷療材料應(yīng)是在冷敷時(shí)較為柔軟有彈性，冷敷時(shí)材料存在相轉(zhuǎn)變狀態(tài)，蓄冷量大，冷療時(shí)間長(zhǎng)。

相關(guān)技術(shù)報(bào)道了一種新型抗凍水凝膠(Advanced Materials，2018，30：1801541)，該水凝膠可在溫度低至-57℃的條件下依然保持高度可拉伸性、韌性和導(dǎo)電性。該技術(shù)是通過(guò)向韌性聚丙烯酰胺-海藻酸鈉雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠中添加離子化合物(氯化鈣CaCl₂)，從而降低其液相凝固點(diǎn)獲得抗凍水凝膠。該研究發(fā)現(xiàn)在-15℃的溫度下，沒(méi)有浸泡過(guò)氯化鈣溶液的凝膠呈frozen狀態(tài)(凍結(jié)狀態(tài))，完全變白，幾乎不可承受任何拉伸；浸泡過(guò)10wt％氯化鈣溶液的凝膠呈slurry狀態(tài)(漿狀)，依然高度可拉伸，只是伴隨著材料表面冰晶的脫離，失去透明態(tài)。盡管該研究并未涉及凝膠作為冷敷材料的應(yīng)用，但是該凝膠在結(jié)冰狀態(tài)時(shí)也可以保持柔軟，可以發(fā)展成為一種理想的冷敷材料。然而，該凝膠含有鹽類物質(zhì)，在作為冷敷材料時(shí)候?qū)θ梭w或冷療裝置存在一定的副作用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有水凝膠在冰凍后無(wú)彈性，以及解凍時(shí)間短的問(wèn)題，提出一種抗凍水凝膠，凍結(jié)后具有很好的彈性，可以卷曲、拉伸，低溫保持時(shí)間長(zhǎng)。

本發(fā)明同時(shí)還提供所述抗凍水凝膠的制備方法和應(yīng)用。

具體地，本發(fā)明采取如下的技術(shù)方案：

本發(fā)明的第一方面是提供一種抗凍水凝膠，所述抗凍水凝膠的制備原料包括：聚合單體、有機(jī)硅材料、鏈轉(zhuǎn)移劑和醇類。