[发明专利]超吸收性水凝胶及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种超吸收性水凝胶及其制备方法和应用，包括步骤：1)使包含至少两个羟基的第一任选取代的脂族分子与包含至少三个羧酸基团的第二分子进行酯化反应，反应温度为80℃至180℃，形成间隔交联剂；2)使所述间隔交联剂与多糖在溶剂中混合，以形成均化混合物；3)在40℃至90℃温度干燥均化混合物，以除去溶剂；4)研磨经干燥的均化混合物，形成粉末，粉末具有约0.05mm至约5mm范围内的粒径。本发明通过使用长间隔交联剂，得到具有较松散的聚合物网络同时仍具有高强度水平的聚合物，促进水凝胶的较大溶胀比，且可减少反应中使用的交联剂的量，降低成本，引入聚乙二醇添加剂，阻碍间隔交联剂的缠结，确保较好的溶胀率。

本申请是申请日为2022年03月23日、申请号为202280002509.2、发明名称为《超吸收性水凝胶》的分案申请。

技术领域

本发明涉及水凝胶，具体涉及一种超吸收性水凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

水凝胶是呈亲水性且能够通过与水分子的氢键结合吸收水溶液的交联聚合物链的网络。水分子被保留在水凝胶内，导致水凝胶在该过程中溶胀至其初始体积的许多倍。由于交联使亲水性聚合物链保持在一起，形成三维固体，得以在水中维持水凝胶网络的结构完整性。超吸收性聚合物水凝胶(SAP)是相对于其自身质量能够吸收和保留极大量液体的水凝胶。在去离子水和蒸馏水中，SAP可吸收其重量的300倍(其自身体积的30倍至60倍)，并且可变成高达99.9％为液体。

通过控制制备水凝胶的交联剂的类型和程度来控制水凝胶的总吸收性和溶胀能力。例如，低密度交联SAP通常具有较高的吸收能力并且溶胀程度较大，导致较柔软和较具粘性的水凝胶形成。相比之下，具有高交联密度的SAP表现出较低的吸收能力和溶胀，但凝胶强度较高，并且即使在适度压力下也可维持其颗粒形状。

然而，在任一种情况下，在已知SAP中的聚合物链均为随机交联的，对所得聚合物网络的结构几乎没有控制，因此聚合物的性质不易预测。另外，常规SAP使用短交联剂，导致致密且柔性较低的聚合物网络，这又导致聚合物和水凝胶的机械强度和吸水性降低。此外，市售的常规SAP几乎全都是丙烯酸类产品，其缺乏生物可降解性。

因此，需要提供克服或者至少改善一个或多个上述缺点的聚合物或水凝胶。

发明内容

在一个方面，提供了一种包含与间隔交联剂交联的多糖的聚合物，其中间隔交联剂包含第一任选取代的脂族部分，该第一任选取代的脂族部分在每一端均用包含至少两个羧酸基团的第二部分封端。

在另一方面，提供了一种包含如上定义的聚合物和液体的水凝胶。

有利地，将如上定义的聚合物或水凝胶与间隔交联剂交联，相比于仅通过非化学的物理相互作用缔合的聚合物或水凝胶，这通常形成更稳定和刚性的网络。另外，与其中间隔基团与多糖无规交联的已知聚合物和水凝胶相反，本申请的聚合物使用预形成的、明确定义的间隔交联剂。因此，间隔交联剂的结构(包括链长和分子量)在与多糖交联之前就是明确定义的，因此所得聚合物是更可预测地形成的且更容易表征。有利地，如上定义的聚合物和水凝胶促进了更可控地调节聚合物和水凝胶的吸水性，导致与先前已知的无规交联的水凝胶相比在机械强度和介质摄取率方面有更好的性能。

在另一个示例中，第一任选取代的脂族分子具有约0.1kDa至约100kDa范围内的分子量。

有利地，通过使用长间隔交联剂，多糖链之间的交联能够以更灵活多样的方式发生，得到具有较松散的聚合物网络同时仍具有高强度水平的聚合物。较松散的聚合物网络还有利地促进了水凝胶的较大溶胀比，因为它允许网络内的多糖链进一步彼此远离移动，从而允许聚合物网络溶胀到更大程度。

在另一方面，提供了一种形成如上定义的聚合物的方法，该方法包括以下步骤：

a)使包含至少两个羟基的第一任选取代的脂族分子与包含至少三个羧酸基团的第二分子反应，以形成间隔交联剂；以及