[发明专利]一种聚合物微纳米纤维增强聚乙烯醇多孔水凝胶的制备方法

说明书

本发明涉及复合材料或高分子多孔水凝胶领域，特别是指一种聚合物微纳米纤维增强聚乙烯醇多孔水凝胶的制备方法。公开了一种聚合物微纳米纤维增强聚乙烯醇多孔水凝胶的制备方法，针对现有聚乙烯醇多孔水凝胶机械强度低的问题，本发明以在聚乙烯醇中原位成形的甲基丙烯酸甘油酯接枝聚乙烯微纳米纤维和聚乙烯醇为主要组成部分，以甘油和聚乙二醇为复合致孔剂，制备聚乙烯醇发泡复合材料，利用复合材料可以互相取长补短、产生协同效应的优点有效的提高了多孔水凝胶的机械性能。本发明运用熔融共混法制备得到的聚合物纳米纤维，具有成本低、条件温和易于控制、原料易得、绿色环保、可工业化大规模生产等优点。

技术领域

本发明涉及复合材料或高分子多孔水凝胶领域，特别是指一种聚合物微纳米纤维增强聚乙烯醇多孔水凝胶的制备方法。

背景技术

水凝胶是一种功能高分子材料，由三维网络结构的高分子和充塞其网链间隙中的水分子介质构成。水凝胶柔软而富有弹性，可在水中溶胀，且能对外界微小的刺激产生显著的应答，具有智能性，故近年来引起了广泛研究。研究主要集中在新型水凝胶的制备及新的水凝胶应用领域。水凝胶应用广泛，可用作药物控制释放材料、组织填充材料、人工软骨、化学阀、调光材料、生物传感器、组织培养等。聚乙烯醇是一种由聚醋酸乙烯酯水解而成的，且分子链上含有大量极性羟基的水溶性聚合物。聚乙烯醇(PVA)水凝胶具有良好的润滑、摩擦、高弹性能,良好的生物相容性、化学稳定性、生物可降解性，是生物医学和组织工程中有发展前景的组织替代和修复材料。但是，将单组分PVA水凝胶用于人工软骨修复等材料时，其力学性能、溶胀性能、生物相容性等诸多性质还不能满足医用材料的要求。PVA水凝胶可以用水做成孔剂，无需担心残留问题，但只有低浓度的PVA水溶液经过冷冻解冻法制备的PVA水凝胶有孔结构，且孔径小（一般只有几微米），高浓度的PVA水溶液中的水在冷冻过程中倾向于生成超冷水，制成的PVA水凝胶中无孔洞生成，使得PVA水凝胶的高强度和多孔结构不能并存。

目前两种或多种聚合物相复合已日益成为新的生物材料的发展方向，复合材料往往拥有单一聚合物材料所不具备的优良性能。高分子的共混和合金是改善塑料性能的有效的方法之一，共混物中分散相形态又是影响材料最终力学性能的重要因素，纤维的形态更有利于分散向传递载荷达到增强的目的。当纤维的直径小到亚微米或纳米量级时，纤维就表现出一系列奇异的特性，如：具有极大比表面积大，导致表面能和活性增大，从而产生了表面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应等。另外，纳米纤维在柔性及力学性能等方面也具有惊人特性。由于纳米纤维在多方面表现出了特异性和多领域中的应用，越来越多的研究者开始关注和研究纳米纤维。纳米复合凝胶是将纳米尺寸分散在水凝胶中形成的复合材料。因为它不仅保持了纳米材料本身的功能性质，而且还将明显改善水凝胶的物理机械性能、热稳定性。

原位成纤是一种在加工过程中，两种热力学不相容且具有不同熔点的聚合物在其熔点以上的温度下拉伸，分散相在拉伸流场和剪切流场的共同作用下形成具有一定长径比的微纤，原位形成一种纤维增强材料的方法。聚乙烯(PE)由于成本低、易加工、机械性能优良等特点在高分子材料中占有十分重要的地位，但其非极性和表面惰性限制了其应用范围。对聚乙烯进行接枝改性，在非极性的分子链上引入极性或功能型基团，有利于改善高分子材料与极性材料的界面亲和性，从而制备性能优良的高分子合金。当采用甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)接枝改性PE时，GMA分子中含有强活性基团，可以在共混体系中而提高接枝物与极性高聚物的相容性。本专利首先采用熔融挤出、拉伸的方法使甲基丙烯酸甘油酯接枝聚乙烯在PVA中形成原位微纤，然后利用这种原位微纤复合材料制备聚乙烯醇多孔水凝胶，在多孔水凝胶中微纤结构得到保留对基体起到增强作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强度PVA多孔水凝胶的制备方法，公开了一种聚合物微纳米纤维增强聚乙烯醇多孔水凝胶的制备方法，针对现有聚乙烯醇多孔水凝胶机械强度低的问题，本发明以在聚乙烯醇中原位成形的甲基丙烯酸甘油酯接枝聚乙烯微纳米纤维和聚乙烯醇为主要组成部分，以甘油和聚乙二醇为复合致孔剂，制备聚乙烯醇发泡复合材料，利用复合材料可以互相取长补短、产生协同效应的优点有效的提高了多孔水凝胶的机械性能。