一种利用原位成纤制备高强度聚乙烯醇复合水凝胶的方法技术

本发明专利技术属于水凝胶制备领域，特别是指一种利用原位成纤制备高强度聚乙烯醇复合水凝胶的方法。解决了现有聚乙烯醇水凝胶制备周期长且机械强度低的问题。本发明专利技术以丙三醇‑水二元混合溶剂替代传统水凝胶中的单一水溶剂，以PBS微纳米纤维为增强材料制备聚乙烯醇复合水凝胶。本发明专利技术的方法大大缩短的聚乙烯醇水凝胶的制备周期，并且制备的PBS微纳米/聚乙烯醇水凝胶具有力学性能优良、生物相容性好、可生物降解等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种利用原位成纤制备高强度聚乙烯醇复合水凝胶的方法
本专利技术属于水凝胶制备领域，特别是指一种利用原位成纤制备高强度聚乙烯醇复合水凝胶的方法。
技术介绍
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。由于分子链易形成氢键，且其链结构对称规整,因此具有良好的成膜性、水溶性、乳化性和黏结性，又以其高弹性、化学稳定性、易于成型、可生物降解、无毒、无不良反应，以及与人体组织良好的相容性在生物医学各个方面得到了广泛的应用。聚乙烯醇水凝胶的制备按照交联的方法可分为物理交联和化学交联。化学交联剂法是采用化学交联剂使得PVA分子间发生化学交联而形成凝胶，常用的交联剂有醛类、硼酸及环氧氯丙烷等，这些化学交联剂都具有一定的毒性。物理方法交联一般为重复冷冻-融化循环的方法，此方法通过高分子聚合物长链互相缠绕形成物理结合点,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，近年来一些学者对于如何提高凝胶机械强度进行了大量研究。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。专利201210282637.5公布了一种纳米纤维素/聚乙烯醇凝胶复合材料，它首先制备纳米纤维素，然后将其与聚乙烯溶液共混，将共混冷冻12小时，取出后室温解冻12小时，冻融循环六次，得到复合水凝胶，这种方法工艺复杂，不利于工业化生产。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。在原位成纤增强技术的研究中，目前还没有采用原位成纤增强聚乙烯醇水凝胶的相关研究报道。脂肪族聚酯主链中含有大量易水解的酯键，且主链柔顺，酯键容易与微生物、酶以及水分子相互作用而降解，其作为绿色环境友好材料已成为世界范围内研究开发的热点。聚丁二酸丁二醇酯（PBS）作为一种典型的脂肪族聚酯，具有诸多优点：PBS力学性能优异，与通用塑料PE、PP力学性能相近；耐热性能好，加工性能良好，可在现有塑料加工通用设备上进行成形加工，是现有的可降解塑料中加工性能最好的。本专利首先采用熔融挤出、拉伸的方法使PBS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水凝胶，在水凝胶中微纤结构得到保留对基体起到增强作用。
技术实现思路
本专利技术提出一种利用原位成纤制备高强度聚乙烯醇复合水凝胶的方法，解决了现有聚乙烯醇水凝胶制备周期长且机械强度低的问题。本专利技术以丙三醇-水二元混合溶剂替代传统水凝胶中的单一水溶剂，以PBS微纳米纤维为增强材料制备聚乙烯醇复合水凝胶。本专利技术的方法大大缩短的聚乙烯醇水凝胶的制备周期，并且制备的PBS微纳米/聚乙烯醇水凝胶具有力学性能优良、生物相容性好、可生物降解等优点。本专利技术的技术方案是这样实现的：本专利技术的利用原位成纤制备高强度聚乙烯醇复合水凝胶的方法，包括以下步骤（以质量份数计）：（1）将聚乙烯醇50-70份，丙三醇30-50份，投入到高速混合机中，控制混合温度在50℃-70℃，混合均匀；采用常规方法在150℃-180℃用双螺杆挤出机熔融共混并造粒，得到增塑聚乙烯醇颗粒；（2）将步骤（1）得到的增塑聚乙烯醇颗粒80-95份与PBS5-20份投入到高速混合机中，控制混合温度在50℃-70℃，混合均匀；在160℃-180℃用双螺杆挤出机熔融共混挤出，同时通过牵引装备进行4-12倍拉伸，然后将拉伸过的共混料条切粒，得共混颗粒；（3）将步骤（2）得到的共混颗粒加入到由去离子水和丙三醇共同组成的共混溶剂中，其中共混颗粒10-20份，去离子水40-45份，丙三醇40-45份，去离子水与丙三醇的质量比为1：1；在80℃-95℃温度下搅拌2-4小时直到聚乙烯醇完全溶解形成均匀溶液，然后将溶液倒入模具中冷却得到高强度聚乙烯醇复合水凝胶。本专利技术所使用聚乙烯醇选自PVA1799（聚合度1700，醇解度99%）及PVA1797（聚合度1700，醇解度97%）或是它们的混合物；所使用的PBS为市售注塑级颗粒。本专利技术的有益效果在于：一、本专利技术以首先以PBS和经过增塑的PVA为原料，通过双螺杆挤出、拉伸制备以PVA为基体，PBS为分散相的复合材料，在此过程中由于受到连续相施加的剪切、拉伸等作用，PBS在PVA基体中形成原位微纤；然后将PBS/PVA复合材料置于丙三醇-水二元混合溶剂加热溶解并制备PBS/PVA复合水凝胶，在此过程中PVA溶解于混合溶剂而PBS不溶解，这使分散相PBS的微纳米纤维结构得以保持而达到原位增强的目的。同时，PVA与PBS之间有氢键作用，增加了两者之间的相容性，可以使PBS微纤在聚乙烯醇基体中分散均匀，而且微纤直径可以达到纳米级别，有效的提高了聚乙烯醇的机械性能。二、本专利技术是以聚乙烯醇和PBS为原料，聚乙烯醇和PBS都具有良好的生物相容性和生物降解性，而且在凝胶制备过程中无化学交联，制备的水凝胶可用于生物
三、本专利技术以丙三醇-水二元混合溶剂替代传统水凝胶中的单一水溶剂，相对于传统的冷冻-解冻循环法，本专利技术只需通过自然冷却的方式即可制得高强度聚乙烯醇复合水凝胶，可以显著缩短制备时间，提高生产效率；同时，混合凝胶网络中的丙三醇与水之间强大的氢键作用使水分子牢固地锚定在聚合物网络中，使得该醇/水混合凝胶具有长期稳定性。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1本实施例的利用原位成纤制备高强度聚乙烯醇复合水凝胶的方法，包括以下步骤：将700克聚乙烯醇（PVA1799），300克丙三醇，投入到高速混合机中，控制混合温度在70℃，混合均匀；在180℃用双螺杆挤出机熔融共混并造粒，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用原位成纤制备高强度聚乙烯醇复合水凝胶的方法，其特征在于包括以下步骤：（1）将聚乙烯醇和丙三醇投入混合机中，控制混合温度为50℃‑70℃，混合均匀，加入双螺杆挤出机内在150℃‑180℃条件下熔融共混造粒，得到增塑聚乙烯醇颗粒；（2）将增塑聚乙烯醇颗粒与PBS投入到混合机中，于50℃‑70℃，混合均匀，加入到双螺杆挤出机中，于160℃‑180℃条件下熔融共混挤出，经牵引装置拉伸4‑12倍，然后将拉伸过的共混挤出料切粒，得到PBS微纳米纤维/聚乙烯醇复合粒料；（3）将PBS微纳米纤维/聚乙烯醇复合粒料加入到共混溶剂中，于80℃‑95℃条件下搅拌2‑4小时，至聚乙烯醇完全溶解形成均匀溶液后倒入模具中室温冷却，得到高强度聚乙烯醇复合水凝胶。

【技术特征摘要】
1.一种利用原位成纤制备高强度聚乙烯醇复合水凝胶的方法，其特征在于包括以下步骤：（1）将聚乙烯醇和丙三醇投入混合机中，控制混合温度为50℃-70℃，混合均匀，加入双螺杆挤出机内在150℃-180℃条件下熔融共混造粒，得到增塑聚乙烯醇颗粒；（2）将增塑聚乙烯醇颗粒与PBS投入到混合机中，于50℃-70℃，混合均匀，加入到双螺杆挤出机中，于160℃-180℃条件下熔融共混挤出，经牵引装置拉伸4-12倍，然后将拉伸过的共混挤出料切粒，得到PBS微纳米纤维/聚乙烯醇复合粒料；（3）将PBS微纳米纤维/聚乙烯醇复合粒料加入到共混溶剂中，于80℃-95℃条件下搅拌2-4小时，至聚乙烯醇完全溶解形成均匀溶液后倒入模具中室温冷却，得到高强度聚乙烯醇复合水凝胶。2.如权利要求1所述的利用原位成纤制备高...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘玮，米立伟，刘红燕，张艳丽，谢娟，
申请(专利权)人：中原工学院，
类型：发明
国别省市：河南,41