[发明专利]一种半互穿网络水凝胶的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半互穿网络水凝胶的制备方法。

背景技术

高分子基水凝胶的使用是从20世纪60年代，由Wichterle和Lim首先使用交联聚甲基丙烯酸乙二醇酯制作隐形眼镜开始。之后，水凝胶广泛应用于生物医药领域。与其他材料相比，高分子水凝胶具有与人体组织性能相近的优点，如较高的含水量、柔韧性和低毒性。而且，水凝胶的表面张力比较低，基本不会从体液中吸附蛋白质，因而其对人体的影响大幅降低。此外，小分子可以自由的扩散进和扩散出水凝胶，使得水凝胶成为药物缓释的理想载体。水凝胶还广泛应用于人造器官领域，如人造角膜、人造肌肉、人造皮肤等方面。

然而，由于水凝胶具有较高的水含量，每单位横截面积上的高分子链数目较少，从而导致了水凝胶较低的机械强度。虽然增加高分子的含量可以提高水凝胶机械强度，但同时也提高了其硬度，而过高的硬度则限制了水凝胶在生物领域的应用。过高的交联度会大大限制高分子链的活动，使得材料变脆。

为了解决上述问题，具有互穿网络结构的高分子水凝胶得到了深入研究。互穿网络是指两个或多个交联高分子的有机结合体，其中一个交联体系是在另一个已经交联的体系存在下合成的。互穿网络结构解决了水凝胶的机械强度问题，但材料往往比较脆；因为过高的交联度限制高分子链随应力而快速排列，导致了高分子链的断裂和材料的最终断裂。针对这一问题，半互穿网络结构得到了重视。与互穿网络相比，半互穿网络是一个交联高分子和另外一个线性高分子有机结合而来。线性高分子的存在降低了分子链之间的摩擦，增加高分子链间的自由体积，使高分子链能随着外力而调整构象、排列。这样，通过线性高分子链的有效排列、滑移提高了水凝胶的伸长率和韧性。然而，目前为止，尚未有可获得具有优异机械性能的水凝胶的行而有效的制备方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种半互穿网络水凝胶的制备方法，该方法所得水凝胶具有优异的机械性能，且该方法简单易行，成本较低。

为解决以上技术问题，本发明采取如下技术方案：

一种半互穿网络水凝胶的制备方法，该方法是将使醇解度为90~99%、数均分子量在2000~200000之间的聚乙烯醇与丙烯酸在交联剂四乙二醇二丙烯酸酯和过氧化物引发剂存在下，在去离子水中以及惰性气体保护下，于温度30~45℃下保温反应6~18小时，得到所述的水凝胶，其中：聚乙烯醇、丙烯酸、四乙二醇二丙烯酸酯以及过氧化物引发剂的投料重量比为1:1.2~8:0.005~0.1:0.005~0.05。

优选地，所述聚乙烯醇、丙烯酸、四乙二醇二丙烯酸酯以及过氧化物引发剂的投料重量比为1:1.2~6:0.01~0.05:0.005~0.03。

根据本发明的一个进一步实施方案：所述的制备方法实施如下：首先将聚乙烯醇溶解在去离子水中，获得浓度为50g/l~150g/l的聚乙烯醇水溶液，然后加入丙烯酸、四乙二醇二丙烯酸酯和过氧化物引发剂，利用惰性气体排除体系中的氧气，并将体系在密封条件下，在温度30~45℃下保温反应6~18小时，即得所述水凝胶。当采取该实施步骤制备水凝胶时，丙烯酸的加入重量优选为聚乙烯醇重量的1.2~4倍。

根据本发明的又一进一步实施方案：所述的制备方法实施如下：首先将聚乙烯醇溶解在去离子水中，获得浓度为50g/l~150g/l的聚乙烯醇水溶液；将丙烯酸溶解在去离子水中，获得体积浓度为20%~80%的丙烯酸水溶液，然后将丙烯酸水溶液、四乙二醇二丙烯酸酯和过氧化物引发剂加入到聚乙烯醇水溶液中，利用惰性气体排除体系中的氧气，并将体系在密封条件下，在温度30~45℃下保温反应6~18小时，即得所述水凝胶。当采取该实施步骤制备水凝胶时，丙烯酸的加入重量优选为聚乙烯醇重量的4~8倍。

根据本发明，上述的过氧化物引发剂优选为过硫酸钾，并优选使反应在温度35℃~40℃下进行。反应的时间优选为10~13小时。