[发明专利]化合物、疏水缔合水凝胶及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及凝胶领域，特别涉及化合物、疏水缔合水凝胶及其制备方法。

背景技术

水凝胶是一种具有交联网络结构的水溶性高分子与水构成的固体软材料，由水溶性或亲水性的高分子通过一定的化学交联或物理交联形成。水凝胶性质柔软，能够保持一定的形状，可以吸收大量的水，因此其在生命科学、食品科学等领域具有广泛的应用，尤其在控制释放、组织工程、软骨支架构建、化学分离和智能传感器等领域极具应用前景。

但是，水凝胶的力学性能较差，特别是针对化学交联的凝胶，其极低的拉伸强度和拉伸断裂伸长率极大的限制了水凝胶的应用，因此具有优异力学性能的水凝胶在理论和应用两个方面具有十分重要的意义。拓扑凝胶(TP gels)，双层网络凝胶(DN gels)，纳米复合凝胶(NC gels)以及大分子微球复合凝胶(MMC gels)是被广泛研究的四类新型高强度水凝胶。然而，由于这四类水凝胶存在交联结构永久、合成工艺复杂、反应化合物选择面窄等缺点，因此，限制了其在工业和生物医学等领域的进一步应用。

近年来，疏水缔合水凝胶引起了广大学者的关注。疏水缔合水凝胶不但具有良好的力学性能，而且易于降解，制备工艺简单，原料来源广泛。Okay O、Liu FQ等以丙烯酰胺和非离子型疏水化合物为原料，在表面活性剂存在的条件下通过自由基胶束共聚合制备了疏水缔合水凝胶，但是这种利用自由基胶束共聚制备的水凝胶很难既具有优异的力学性能又具有良好的自愈性能。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种疏水缔合水凝胶，具有优异力学性能及良好的自愈性能。

本发明提供了一种具有式(I)结构的化合物：

其中，R₁为C8～C18的烷基；2≤x≤4。

本发明提供了一种疏水缔合水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

将丙烯酰胺和具有式(I)结构的化合物溶于水中，得到混合溶液；

惰性气体环境中，所述混合溶液在水溶性引发剂作用下发生聚合反应，得到疏水缔合水凝胶。

优选的，所述丙烯酰胺与具有式(I)结构的化合物的摩尔比为9～200∶1。

优选的，所述丙烯酰胺和具有式(I)结构的化合物的总质量与所述混合溶液的质量比为0.1～0.3∶1。

优选的，所述水溶性引发剂为偶氮二异丁基脒盐酸盐、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐或过硫酸钾。

优选的，所述水溶性引发剂的物质的量与丙烯酰胺和具有式(I)结构的化合物的总物质的量之比为1∶500～2000。

优选的，所述聚合反应的时间为24h～48h。

优选的，所述聚合反应的温度为30℃～50℃。

优选的，所述惰性气体为氮气或氩气。

本发明还提供了一种按照上述技术方案所述方法制备的疏水缔合水凝胶，拉伸强度为30Pa～300Pa，压缩强度为5Pa～20Pa。

与现有技术相比，本发明提供了一种具有式(I)结构的化合物，并以丙烯酰胺和所述具有式(I)结构的化合物为原料制备了疏水缔合水凝胶。所述具有式(I)结构的化合物是一种季铵盐型阳离子疏水化合物，具有疏水性，与丙烯酰胺聚合时的疏水基团进行物理交联形成网络结构，因此得到的疏水缔合水凝胶具有优异的力学性能，实验结果表明，其拉伸强度为30Pa～300Pa，压缩强度为5Pa～20Pa，拉伸后可迅速回复。同时，所述具有式(I)结构的化合物的阳离子部分具有较好的表面活性及高反应活性，因此聚合后得到的疏水缔合水凝胶具有良好的自愈能力。实验结果表明，自愈后疏水缔合水凝胶的拉伸强度达到为未切断时的35％～45％，拉伸断裂伸长率可达到未切断时的70％～90％。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

本发明实施例公开了一种化合物，具有式(I)结构：

其中，R₁为C8～C18的烷基；2≤x≤4。

在式(I)中，R₁为C8～C18的烷基，优选为十二烷基；2≤x≤4，优选为x＝3，此时具有式(I)结构的化合物为(2-丙烯酰胺基)丙基十二烷基二甲基溴化铵。

所述具有式(I)结构的化合物优选按照以下方法制备：