一种阴离子型聚丙三醇水凝胶及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种阴离子型聚丙三醇水凝胶及其制备方法，属于高分子合成化学和生物医用材料领域。本发明专利技术的水凝胶由如下质量份数的各组分原料制备而成：寡聚丙三醇50份，无机强酸1～10份，丙烯酸7～21份，所述原料还可包括质量份数不超过8份的去离子水。本发明专利技术的水凝剂是将50份寡聚丙三醇和7～16份丙烯酸混合，然后加入1～10份无机强酸和不超过8份的去离子水、在40～55℃下搅拌反应1～4h；反应结束后，再向反应体系中加入不超过5份的丙烯酸，最后升温至60～90℃进行强酸引发的阳离子聚合反应制得。本发明专利技术方法具有反应步骤少、操作简便、可控性高、副反应少、产物纯度高等优点，实现了PG凝胶的交联和功能化。

Anionic polyglycerol hydrogel and its preparation method

The invention relates to an anionic polyglycerol hydrogel and a preparation method thereof, belonging to the field of polymer synthetic chemistry and biomedical materials. The hydrogel of the invention is prepared from the following components: 50 copies of oligoglycerol, 1-10 copies of inorganic strong acid and 7-21 copies of acrylic acid. The raw material can also include deionized water with a mass fraction of no more than 8 copies. The water coagulant is prepared by mixing 50 copies of oligoglycerol and 7-16 copies of acrylic acid, then adding 1-10 copies of inorganic strong acid and no more than 8 copies of deionized water, stirring for 1-4 hours at 40-55 ~C, adding no more than 5 copies of acrylic acid to the reaction system after the reaction, and finally heating up to 60-90 ~C for cationic polymerization initiated by strong acid. The method has the advantages of less reaction steps, simple operation, high controllability, less side reaction and high purity of products, and realizes the crosslinking and functionalization of PG gels.

【技术实现步骤摘要】
一种阴离子型聚丙三醇水凝胶及其制备方法
本专利技术属于高分子合成化学和生物医用材料领域，具体涉及一种阴离子型聚丙三醇水凝胶及其制备方法。
技术介绍
聚丙三醇(Polyglycerol，PG)，别名聚甘油，是一类超支化的脂肪族聚醇醚化合物，它具有良好的亲水性、生物相容性和大量可功能化的羟基以及多羟基结构与生物组织相互作用的性质，并且容易发生光氧化降解反应，其优异性能已受到国际生物医学材料界的高度关注和青睐(Sisson,A.L.；Steinhilber,D.；Rossow,T.；Welker,P.；Licha,K.；Haag,R.Angew.Chem.Int.Ed.,2009,48:7540-7545.Wilms,D.；Stiriba,S.-E.；Frey,H.Accountsofchemicalresearch,2010,43:129-141.Shenoi,R.A.；AbbinaS.；Kizhakkedathu.J.N.Biomacromolecules,2016,17,3683–3693.)。目前，聚丙三醇已被用作高载、多键合药物及催化剂支架、多官能团引发单体、基因转染载体、药物缓释载体和组织工程支架材料。寡聚丙三醇，是一种由数量较少的丙三醇单体以共价键重复的连接而成的短多聚体，其单体的数目一般在20以下，常为2～10个。由于PG具有优异性能，并且含有大量可功能化的羟基，所以非常适合用于制备具有生物医学用途的水凝胶。水凝胶是迄今为止发现的合成聚合物中其形态与生物组织构造最为相似的体系。它是一种由亲水高分子通过化学交联或物理交联形成的三维网络体系，它能吸收大量的水而不溶于水。离子型PG水凝胶还具有对温度、pH、离子强度、光、电场等外界环境刺激非常敏感的特性，其结构、形貌和与负载物质之间的相互作用会产生相应的变化，可被用于药物的运输和释放、DNA的释放、酶的诱捕和释放、生物传感器、皮肤美容和组织工程支架材料等，因而PG功能水凝胶在生物医学等高新
有着巨大的应用价值和广阔的发展前景。为构成PG水凝胶的交联结构，一般采用引入双键官能团然后光聚合的方法，但引入双键官能团引入较为困难和繁琐。杨小钢等在专利《一种聚丙三醇类水凝胶的制备方法》(ZL201410410848.1)中报道了以环氧氯丙烷为主原料引入双键官能团的制备方法。该方法是在强碱和相转移催化剂的作用下，将环氧氯丙烷与丙烯酸反应，生成含丙烯酸基的环氧氯丙烷衍生物；然后加入水和无机强碱，控制水解、开环和消去等反应，制备了含丙烯酸基的聚丙三醇大分子单体，实现了双键官能团的成功引入，很好地解决了水凝胶交联不确定(不能交联)和不均匀的问题。然而，该方法存在反应毒性及污染大、反应步骤多、操作繁琐和控制难度较大等问题。尤其是原料环氧氯丙烷的毒性较大，对于生物医用材料制备生产十分不利，潜在风险较大。并且该方法制备的水凝胶为非离子型PG水凝胶—一种非功能PG水凝胶。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中存在的缺点和不足，提供了一种阴离子型聚丙三醇水凝胶及其制备方法。本专利技术实现了PG水凝胶的功能化，解决了现有技术中合成聚丙三醇水凝胶原料毒性较大、反应步骤多、操作繁琐和控制难度较大等技术问题，本专利技术制备方法反应步骤少、操作简便、可控性高、副反应少，产物纯度高。为了实现本专利技术的第一个目的，本专利技术采用如下技术方案：一种阴离子型聚丙三醇水凝胶，所述水凝胶由如下质量份数的各组分原料制备而成：寡聚丙三醇50份无机强酸1～10份丙烯酸7～21份。进一步地，上述技术方案，所述原料还包括质量份数不超过8份的去离子水。进一步地，上述技术方案，所述寡聚丙三醇优选为聚甘油-10。进一步地，上述技术方案，所述无机强酸为硫酸或磷酸。本专利技术的第二个目的，在于提供上述所述阴离子型聚丙三醇水凝胶的制备方法，所述方法是以寡聚丙三醇和丙烯酸为主要原料，在无机强酸催化下，通过酯化反应将丙烯酸中含双键的交联基团链接在寡聚丙三醇上，生成含丙烯酸基双键的寡聚丙三醇单体；然后采用酸引发，使含双键的寡聚单体之间、寡聚单体与丙烯酸之间发生阳离子聚合反应，制得本专利技术所述的目标产物阴离子型PG水凝胶，实现凝胶的交联和功能化。本专利技术的上述第二个目的，采用如下技术方案实现：一种阴离子型聚丙三醇水凝胶的制备方法，所述方法包括如下步骤：常温常压下，按质量份数，将50份寡聚丙三醇和7～16份丙烯酸混合，然后加入1～10份无机强酸和不超过8份的去离子水、在40～55℃下搅拌反应1～4h；反应结束后，再向反应体系中加入不超过5份的丙烯酸，最后升温至60～90℃进行强酸引发的阳离子聚合反应，即得到本专利技术所述的阴离子型聚丙三醇水凝胶。进一步地，上述技术方案，所述阳离子聚合反应时间为8～30min。进一步地，上述技术方案，所述寡聚丙三醇优选为聚甘油-10。本专利技术改变了聚合单体，采用了寡聚丙三醇为主要原料，在强酸作用下，用温度和时间控制反应，通过酯化反应和阳离子聚合反应，“一锅法”制备阴离子型聚丙三醇水凝胶的新路线，实现了PG凝胶的功能化。本专利技术通过改变丙烯酸的加入量来控制聚丙三醇类水凝胶平衡溶胀率和功能化度，简化了合成操作步骤，减少了副反应、毒性及污染，提高了凝胶产品可控性和安全性。与现有技术相比，本专利技术涉及的一种阴离子型聚丙三醇水凝胶及其制备方法具有如下有益效果：(1)本专利技术将丙烯酸链接在寡聚丙三醇上，得到含双键的寡聚单体；再采用寡聚单体间、寡聚单体与丙烯酸之间发生阳离子聚合反应，解决了PG凝胶功能化的问题，合成得到阴离子型PG水凝胶。(2)本专利技术所用的寡聚丙三醇和丙烯酸等原料来源丰富、价格低廉，原料无毒性，生产无污染，对于PG功能凝胶作为生物医用材料制备和使用具有非常重要的意义。(3)本专利技术通过改变丙烯酸的加入量和次序，可以控制得到不同平衡溶胀率和响应速率的PG功能水凝胶。(4)本专利技术所用原料都是水溶性的，不需要使用相转移催化剂，所制备得到的聚丙三醇水凝胶均匀性更好，产物更易于纯化。(5)与传统的制备方法相比，本专利技术具有反应步骤少、操作简便、可控性高、副反应少、产物纯度高等优点，并实现了PG凝胶的功能化。具体实施方式本专利技术首创以寡聚丙三醇为主要原料，在强酸作用下，用温度和时间控制反应，“一锅法”制备阴离子型聚丙三醇水凝胶的新路线：在低温(40～55℃)和强酸性催化下，通过酯化反应将丙烯酸链接于寡聚丙三醇上；再在高温(55～90℃)和强酸引发下，发生阳离子聚合反应，完成凝胶的交联和功能化及可控度。在新路线中，以反应时间和温度来控制反应，几乎没有副反应，中间产物不经分离提纯，原料功能和作用配置非常合理。丙烯酸的性质得到全面的利用和发挥，既是在酯化阶段中引入双键官能团的原料，又是聚合反应阶段中PG水凝胶功能化基团的原料；同时强酸也具有两种功能：酯化催化剂和阳离子引发剂的功能。该方法制备反应条件较温和、操作及控制简便，产物纯净，且很容易通过丙烯酸的配比来控制得到不同溶胀率和响应速率的PG功能凝胶，制备得到的聚丙三醇功能水凝胶均匀性更好。尤其是所用原料全部无毒或低毒，这对于作为生物医用材料用途的聚丙三醇功能水凝胶的制备和使用具有非常重要的意义。下面对本专利技术的实施案例作详细说明。本实施案例在本专利技术技术方案的前提下进行实施，给出了详细的实施方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种阴离子型聚丙三醇水凝胶，其特征在于：所述水凝胶由如下质量份数的各组分原料制备而成：寡聚丙三醇  50份无机强酸    1～10份丙烯酸      7～21份。

【技术特征摘要】
1.一种阴离子型聚丙三醇水凝胶，其特征在于：所述水凝胶由如下质量份数的各组分原料制备而成：寡聚丙三醇50份无机强酸1～10份丙烯酸7～21份。2.根据权利要求1所述的阴离子型聚丙三醇水凝胶，其特征在于：所述原料还包括质量份数不超过8份的去离子水。3.根据权利要求1所述的阴离子型聚丙三醇水凝胶，其特征在于：所述寡聚丙三醇为聚甘油-10。4.根据权利要求1所述的阴离子型聚丙三醇水凝胶，其特征在于：所述无机强酸为硫酸或磷酸。5.权利要求1或2所述的阴离子型聚丙...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴建国，杨小钢，谭秋萍，邓兆群，
申请(专利权)人：吴建国，
类型：发明
国别省市：湖北,42