一种高强度可愈合聚乙烯醇水凝胶及其制备方法技术

本发明专利技术涉及水凝胶制备技术领域，涉及一种高强度可愈合聚乙烯醇水凝胶及其制备方法。解决现有技术中物理交联聚乙烯醇凝胶强度低，愈合性能差的技术问题。本发明专利技术的高强度可愈合聚乙烯醇水凝胶的组分及重量份如下：聚乙烯醇：0.5‑3份；6‑丙烯酰氨基己酸：1.85份；碱：0.37份；去离子水：20份。本发明专利技术还提供所述水凝胶的制备方法。本发明专利技术水凝胶采用6‑丙烯酰氨基己酸作为与聚乙烯醇形成协同氢键作用的高分子链。6‑丙烯酰氨基己酸的烷基链能形成疏水微区从而促进PVA在较短时间内形成结晶，提高凝胶的力学性能(兆帕)。另外6‑丙烯酰氨基己酸在酸碱中的可逆溶解性使得所得水凝胶在酸性溶液中具有愈合性能。在制备过程中没有加入交联剂，保证了凝胶的生物相容性。

High strength and healing polyvinyl alcohol hydrogel and preparation method thereof

The invention relates to the technical field of hydrogel preparation, and relates to a high strength healable polyvinyl alcohol hydrogel and a preparation method thereof. The present invention solves the technical problems of low strength and poor healing performance of physically cross-linked polyvinyl alcohol in the prior art. The composition and weight fraction of the high strength healable polyvinyl alcohol hydrogel of the invention are as follows: polyvinyl alcohol: 0.5_3 phr; 6_acrylic acid: 1.85 phr; alkali: 0.37 phr; deionized water: 20 phr. The invention also provides a preparation method of the hydrogel. The hydrogel of the present invention uses 6_acrylamido hexanoic acid as a polymer chain which forms a synergistic hydrogen bond with polyvinyl alcohol. 6. The alkyl chain of acrylamido hexanoic acid can form hydrophobic micro-region, which can promote the crystallization of PVA in a short time and improve the mechanical properties of the gel (MPa). In addition, the reversible solubility of acrylamido-hexanoic acid in acid and base makes the hydrogel have healing property in acid solution. No crosslinking agent was added in the preparation process to ensure the biocompatibility of the gel.

【技术实现步骤摘要】
一种高强度可愈合聚乙烯醇水凝胶及其制备方法
本专利技术涉及水凝胶制备
，具体涉及一种高强度可愈合聚乙烯醇水凝胶及其制备方法。
技术介绍
水凝胶作为一类常见的生物材料，已被广泛应用于生活与生产中。但是，大部分天然水凝胶和合成凝胶仅在较低含水量时具有一定机械强度，在较高含水量时强度显著下降，易发生碎裂，这使其实际应用受到极大限制，因此，合成高强度凝胶已成为当下研究热点之一。聚乙烯醇水凝胶具有可生物降解和生物相容性好等优点，而被广泛应用于农林、医药和环保等多个领域。在生物医药领域，聚乙烯醇水凝胶可用于药物的控制释放，生物组织工程及人工关节、人造肌肉、伤口敷料等。但聚乙烯醇水凝胶同大多数水凝胶一样，存在固有的机械强度差、易破裂的缺点，限制了其实际应用。聚乙烯醇水凝胶的制备按交联方法的不同可分为物理交联和化学交联。物理交联是通过物理作用力比如链的缠绕、氨键、静电作用等形成网络交联结构。物理交联法制备的聚乙烯醇水凝胶有其共同的特点，就是分子链间是通过氢键和微晶区形成三维网络结构，即物理交联点，这些物理交联点会随着温度等条件的变化发生变化，故而物理交联过程是一个可逆过程。能够同时作为氢键供体和受体的小分子之间、小分子与聚合物之间以及2种聚合物之间存在协同氢键作用，甚至存在非线性或高阶协同作用。协同氢键作用能显著地增加氢键强度，对于稳定蛋白质、DNA双螺旋和配体－受体复合物的二级和三级结构至关重要。氢键作用已被广泛地应用于增强水凝胶的力学性能，但这些氢键作用通常是作为化学共价交联之外的辅助交联作用。如已有论文公开了以聚丙烯酸和聚乙烯醇为原料通过两者之间的氢键协同作用制备了高强度水凝胶，但是在此凝胶中聚乙烯醇并不能形成微晶，所制备凝胶的拉伸性能不足兆帕，而且也没有愈合性能(北京师范大学学报(自然科学版)2016，10，52，561-565)。QipengGuo(ACSMacroLett.2013,2,1100-1104)和YueZhao(ACSAppl.Mater.Interfaces,2015,7,12067-12073)课题组分别用小分子三聚氰胺与PVA通过氢键形成全物理交联的PVA水凝胶，但是由于三聚氰胺本身的致癌性，使其应用受到限制。
技术实现思路
本专利技术要解决现有技术中物理交联聚乙烯醇凝胶强度低，愈合性能差的技术问题，提供一种高强度可愈合聚乙烯醇水凝胶及其制备方法。为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案具体如下：一种高强度可愈合聚乙烯醇水凝胶，其组分及各组分的重量份如下：在上述技术方案中，所述高强度可愈合聚乙烯醇水凝胶，其组分及重量份如下：在上述技术方案中，所述高强度可愈合聚乙烯醇水凝胶，其组分及重量份如下：在上述技术方案中，所述高强度可愈合聚乙烯醇水凝胶，其组分及重量份如下：在上述技术方案中，所述碱为氢氧化钠或氢氧化钾。一种高强度可愈合聚乙烯醇水凝胶的制备方法，包括以下步骤：步骤1、按照上述重量份称取各组分；步骤2、在80-95℃下，将聚乙烯醇溶解在一半重量份的去离子水中，溶解成水溶液后冷却，制备得到聚乙烯醇水溶液；步骤3、将6-丙烯酰氨基己酸溶解于另一半重量份的去离子水中，接着加入碱，制备得到6-丙烯酰氨基己酸碱溶液；步骤4、将步骤3制备的6-丙烯酰氨基己酸碱溶液和热引发剂加入到步骤2制备的聚乙烯醇水溶液中，将该混合液在50-70℃下加热2-4小时，形成水凝胶，再将所得凝胶在-20℃下冷冻1小时，解冻后形成高强度可愈合聚乙烯醇水凝胶。在上述技术方案中，所述引发剂为过硫酸铵。在上述技术方案中，所述引发剂的加入量为所述6-丙烯酰氨基己酸重量的1.14％-2.28％。在上述技术方案中，所述引发剂的加入量为所述6-丙烯酰氨基己酸重量的2.28％。在上述技术方案中，所述碱为氢氧化钠或氢氧化钾。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的高强度可愈合聚乙烯醇水凝胶采用6-丙烯酰氨基己酸作为与聚乙烯醇形成协同氢键作用的高分子链。6-丙烯酰氨基己酸的烷基链能形成疏水微区从而促进PVA在较短时间内形成结晶，提高凝胶的力学性能(兆帕)。另外6-丙烯酰氨基己酸在酸碱中的可逆溶解性使得所得的水凝胶在酸性溶液中具有愈合性能。本专利技术提供的高强度可愈合聚乙烯醇水凝胶的制备方法采用在聚乙烯醇水溶液中加入6-丙烯酰氨基己酸碱溶液，先经热引发得到聚乙烯醇/6-丙烯酰氨基己酸水凝胶，再采用低温冷冻构筑高强度可愈合聚乙烯醇基物理水凝胶。在水凝胶制备过程中没有加入交联剂，保证了凝胶的生物相容性。具体实施方式本专利技术提供一种高强度可愈合聚乙烯醇水凝胶，其组分及重量份如下：聚乙烯醇：0.5-3份；6-丙烯酰氨基己酸：1.85份；碱：0.37份；去离子水：20份。优选所述高强度可愈合聚乙烯醇水凝胶，其组分及重量份如下：聚乙烯醇：1-3份；6-丙烯酰氨基己酸：1.85份；碱：0.37份；去离子水：20份。再优选所述高强度可愈合聚乙烯醇水凝胶，其组分及重量份如下：聚乙烯醇：1.5-2份；6-丙烯酰氨基己酸：1.85份；碱：0.37份；去离子水：20份。最优选所述高强度可愈合聚乙烯醇水凝胶，其组分及重量份如下：聚乙烯醇：2份；6-丙烯酰氨基己酸：1.85份；碱：0.37份；去离子水：20份。本专利技术所用的聚合单体6-丙烯酰氨基己酸的作用为与聚乙烯醇之间形成相互作用构建高强度、可愈合水凝胶。理论上可以为不同链长丙烯酰氨基n酸(n＝2-12)，但是以6-丙烯酰氨基己酸作为聚合单体，其获得的水凝胶的力学性能是最优的。理论上用4-丙烯酰氨基丁酸或8-丙烯酰氨基辛酸替换6-丙烯酰氨基己酸也应该能够获得力学性能优异的水凝胶。本专利技术所用的碱只要是能够提供氢氧根的物质即可，优选为氢氧化钠或氢氧化钾，其作用是调节6-丙烯酰氨基己酸在水中的溶解性。本专利技术还提供一种高强度可愈合聚乙烯醇水凝胶的制备方法，包括以下步骤：步骤1、按照上述重量份称取各组分；步骤2、在80-95℃下，将聚乙烯醇溶解在一半重量份的去离子水中，溶解成水溶液后冷却，制备得到聚乙烯醇水溶液；步骤3、将6-丙烯酰氨基己酸溶解于另一半重量份的去离子水中，接着加入碱，制备得到6-丙烯酰氨基己酸碱溶液；优选所述碱为氢氧化钠或氢氧化钾；步骤4、将步骤3制备的6-丙烯酰氨基己酸碱溶液和热引发剂加入到步骤2制备的聚乙烯醇水溶液中，将该混合液在50-70℃下加热2-4小时，形成水凝胶，再将所得凝胶在-20℃下冷冻1小时，解冻后形成高强度可愈合聚乙烯醇水凝胶。本专利技术所用的引发剂优选为过硫酸铵，优选其加入量为所述6-丙烯酰氨基己酸重量的1.14％-2.28％，最优选其加入量为所述6-丙烯酰氨基己酸重量的2.28％。实施例1本专利技术提供的高强度可愈合聚乙烯醇水凝胶，其组分及重量份如下：聚乙烯醇：0.5份；6-丙烯酰氨基己酸：1.85份；氢氧化钠：0.37份；去离子水：20份。步骤1、按照上述重量份称取各组分；步骤2、在80℃下，将0.5份聚乙烯醇溶解在10份的去离子水中，溶解成水溶液后冷却，制备得到聚乙烯醇水溶液；步骤3、将1.85份6-丙烯酰氨基己酸溶解于10份的去离子水中，接着加入0.37份氢氧化钠，制备得到6-丙烯酰氨基己酸碱溶液；步骤4、将步骤3制备的6-丙烯酰氨基己酸碱溶液和热引发剂过硫酸铵加入到步骤2制备的聚乙烯醇水溶液中，过硫本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强度可愈合聚乙烯醇水凝胶，其特征在于，其组分及各组分的重量份如下：

【技术特征摘要】
1.一种高强度可愈合聚乙烯醇水凝胶，其特征在于，其组分及各组分的重量份如下：2.根据权利要求1所述的高强度可愈合聚乙烯醇水凝胶，其特征在于，其组分及重量份如下：3.根据权利要求1所述的高强度可愈合聚乙烯醇水凝胶，其特征在于，其组分及重量份如下：4.根据权利要求1所述的高强度可愈合聚乙烯醇水凝胶，其特征在于，其组分及重量份如下：5.根据权利要求1-4任意一项所述的高强度可愈合聚乙烯醇水凝胶，其特征在于，所述碱为氢氧化钠或氢氧化钾。6.一种权利要求1-4任意一项所述的高强度可愈合聚乙烯醇水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、按照上述重量份称取各组分；步骤2、在80-95℃下，将聚乙烯醇溶解在一半重量份的去离子水中，溶解成水溶液后冷却，制备得到聚乙烯醇水溶液；步骤3、将6-丙烯酰氨基己酸溶解于另一半重量份的去离子水中，接着...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭佩佩，梁家其，关爽，傅海，
申请(专利权)人：长春工业大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22