高强度交联水凝胶和弹性体及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高强度交联水凝胶和弹性体及其制备方法。该方法先通过化学交联或物理交联制备包含第一有机高分子的第一网络水凝胶，将第一网络水凝胶浸泡于另一种有机高分子溶液(第二有机高分子溶液)中，得到高强度交联水凝胶，将所得高强度交联水凝胶的水分去除，得到弹性体；所述高强度交联水凝胶和弹性体具有优异的拉伸强度、断裂伸长率及弹性模量。本发明专利技术提供的制备方法提高了聚合物间的交联度，且该方法简单、成本低，制得的水凝胶生物相容性好，具有非常优异的机械性能，在工业及生物医学等领域具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于高分子材料领域，具体涉及水凝胶和弹性体，特别地，涉及一种高强度交联水凝胶和弹性体及其制备方法。
技术介绍
水凝胶是一类特殊的软湿性材料，其由三维网络状的亲水性高分子以及充斥在网络间的水组成，由于其具有高吸水性、刺激响应性、对小分子的渗透性以及生物相容性等特点而被广泛应用于保水材料、生物医学、医药、化工、农业等领域，在药物控制释放、组织工程等领域也具有良好的应用前景。根据其三维网络键合的不同，水凝胶主要分为物理交联水凝胶和化学交联水凝胶。其中，化学交联水凝胶是高分子链间以化学键的形式结合成三维网络结构，所述网络结构具有永久性特征。物理交联水凝胶则是利用非共价键结合成三维网络结构，如静电作用、氢键作用、离子键作用、亲疏水作用或主客体作用等形成三维网络，是非永久性的，可以通过加热凝胶转变为溶液，其网络交联具有可逆性。中国专利CN201410012611公开了一种高强度壳聚糖物理水凝胶的制备方法，其主要将壳聚糖经过溶解、凝胶、透析得到水凝胶，其制备方法简单，但是，得到的水凝胶为单网络结构，强度较低。因此，亟待开发一种高强度交联水凝胶的方法。
技术实现思路
为了克服上述问题，本专利技术人对水凝胶及其制备方法进行了锐意研究，结果发现：将含有某种有机高分子的单网络水凝胶浸入另一种带有特定官能团有机高分子溶液中，通过氢键或离子键，两种有机高分子链之间会进一步发生物理交联，最后进行后处理，得到双网络结构、高强度交联水凝胶和弹性体，从而完成本专利技术。本专利技术的目的之一在于提供一种高强度交联水凝胶和弹性体的制备方法，具体体现在：(1)一种高强度交联水凝胶的制备方法，其中，该方法包括以下步骤：步骤1、将水与第二有机高分子混合，配制第二有机高分子溶液；步骤2、将第一网络水凝胶浸泡于第二有机高分子溶液中，得到高强度交联水凝胶；(2)一种弹性体的制备方法，其中，该方法包括以下步骤：步骤1、将水与第二有机高分子混合，配制第二有机高分子溶液；步骤2、将第一网络水凝胶浸泡于第二有机高分子溶液中，得到高强度交联水凝胶，步骤3、去除步骤2中得到的高强度交联水凝胶的水分，得到弹性体；(3)根据上述(1)或(2)所述的方法，其中，在步骤1之前进行步骤1’:步骤1’、通过化学交联或物理交联制备包含第一有机高分子的第一网络水凝胶；(4)根据上述(1)至(3)之一所述的方法，其中，在步骤1’中，所述第一有机高分子为带有多个羟基、巯基或羰基的水溶性有机高分子，优选为下述1)～4)中的一种或几种：1)天然高分子：包括带有多个羟基的天然高分子，例如海藻酸钠、明胶，2)化学改性的天然高分子：包括带有多个羟基的改性高分子，例如羟乙基纤维素、羧甲基壳聚糖、葡糖氨基葡聚糖，3)带有多个羟基或羧基的合成高分子：例如聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚马来酸、聚乙烯醇，4)带有多个阴离子或阳离子的合成高分子：例如聚丙烯酸钠、聚甲基丙烯酸钠；更优选为明胶、羟甲基壳聚糖和聚乙烯醇中的一种或几种；和/或所述化学交联为单体在光、热、高能辐射、机械力、超声波或交联剂的作用下合成第一有机高分子并进行交联；和/或所述物理交联如下进行：将第一有机高分子与水混合得第一有机高分子溶液，然后再降温处理进行交联；(5)根据上述(1)至(4)之一所述的方法，其中，在步骤1’中，所述单体为含有羟基、巯基或羰基基团的单体；和/或所述化学交联为单体在γ-射线辐照或交联剂的作用下进行交联，其中，所述辐射处理如下进行：于低温或室温下辐照2-8小时，优选辐照3-6小时，其中所述室温为10-30℃，所述低温为0℃以下；和/或所述降温处理如下进行：于室温或低温下静置6～48小时，优选静置12～24小时，其中所述室温为10～30℃，所述低温为0℃以下；(6)根据上述(1)至(5)之一所述的方法，其中，在步骤1中，所述第二有机高分子为带有多个羧基或氨基的水溶性有机高分子，优选为天然高分子、化学改性的天然高分子和合成高分子中的一种或几种，更优选为合成高分子，例如聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚马来酸、聚乙烯亚胺、水性聚氨酯、瓜尔胶、聚二甲基二烯丙基氯化铵、阳离子聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺、明胶、聚丙烯酸钠、聚乙烯磺酸钠和聚乙烯苯磺酸钠，和/或所述第二有机高分子溶液的质量百分比浓度为10～40％，优选为15～25％，更优选为20％；(7)根据上述(1)至(6)之一所述的方法，其中，所述第二有机高分子与第一有机高分子为两种不同的有机高分子，且其侧链官能团之间能够发生氢键作用，和/或所述第二有机高分子与第一有机高分子的侧链官能团带有相反电荷；(8)根据上述(1)至(7)之一所述的方法，其中，在步骤2中，所述浸泡于5～60℃浸泡10～180h，优选地，于室温下浸泡70～120h，例如72h，其中，所述室温为10～30℃，和/或在步骤3中，采用自然晾干或烘箱干燥的方式去除水分，优选烘箱干燥；本专利技术的目的之二在于提供一种高强度交联水凝胶和弹性体，具体体现在：(9)一种高强度交联水凝胶和弹性体，其中，所述高强度交联水凝胶和弹性体均由第一有机高分子和第二有机高分子制成，优选由上述(1)至(8)之一所述的方法制成；(10)根据上述(9)所述的高强度交联水凝胶和弹性体，其中，所述高强度交联水凝胶的拉伸强度为0.3～16.0MPa，断裂伸长率为450～1100％，弹性模量为0.1～2.5MPa；和/或所述弹性体的拉伸强度为2.0～26.0MPa，断裂伸长率为500～1200％，弹性模量为0.5～16.0MPa。具体实施方式下面通过对本专利技术进行详细说明，本专利技术的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。在本专利技术中，对第一网络水凝胶进行进一步交联，具体地，将其浸入另一种带有特定官能团有机高分子溶液中，通过氢键或离子键，两种有机高分子链之间会进一步发生物理交联，最后进行后处理，得到高强度交联水凝胶和弹性体。其中，氢键是一种中等强度的分子间作用力，一般分为分子内氢键和分子间氢键。研究表明，在通过物理交联形成的水凝胶中，氢键作用会大大增加水凝胶的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高强度交联水凝胶的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1、将水与第二有机高分子混合，配制第二有机高分子溶液；步骤2、将第一网络水凝胶浸泡于第二有机高分子溶液中，得到高强度交联水凝胶。

【技术特征摘要】
1.一种高强度交联水凝胶的制备方法，其特征在于，该方
法包括以下步骤：
步骤1、将水与第二有机高分子混合，配制第二有机高分子
溶液；
步骤2、将第一网络水凝胶浸泡于第二有机高分子溶液中，
得到高强度交联水凝胶。
2.一种弹性体的制备方法，其特征在于，该方法包括以下
步骤：
步骤1、将水与第二有机高分子混合，配制第二有机高分子
溶液；
步骤2、将第一网络水凝胶浸泡于第二有机高分子溶液中，
得到高强度交联水凝胶；
步骤3、去除步骤2中得到的高强度交联水凝胶的水分，得
到弹性体。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步骤1
之前进行步骤1’:
步骤1’、通过化学交联或物理交联制备包含第一有机高分
子的第一网络水凝胶。
4.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，在步
骤1’中，
所述第一有机高分子为带有多个羟基、巯基或羰基的水溶
性有机高分子，或，所述第一有机高分子为带有多个阴离子或
阳离子的水溶性有机高分子；
优选为下述1)～4)中的一种或几种：
1)天然高分子：包括带有多个羟基的天然高分子，例如海
藻酸钠、明胶；
2)化学改性的天然高分子：包括带有多个羟基的改性高分

\t子，例如改性淀粉、羟乙基纤维素、羧甲基壳聚糖、葡糖氨基
葡聚糖；
3)带有多个羟基或羧基的合成高分子：例如聚丙烯酸、聚
甲基丙烯酸、聚马来酸、聚乙烯醇；
4)带有多个阴离子或阳离子的合成高分子：例如聚丙烯酸
钠、聚甲基丙烯酸钠；
更优选为明胶、羟甲基壳聚糖和聚乙烯醇中的一种或几种；
和/或
所述化学交联为单体在光、热、高能辐射、机械力、超声
波或交联剂的作用下合成第一有机高分子并进行交联；
和/或
所述物理交联如下进行：将第一有机高分子与水混合得第
一有机高分子溶液，然后再降温处理进行交联。
5.根据权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，在步
骤1’中，
所述单体为含有羟基、巯基或羰基基团的单体；和/或
所述化学交联为单体在γ-射线辐照或交联剂的作用下进行
交联，其中，所述辐射处理如下进行：于低温或室温下辐照2-8
小时，优...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪辉亮，李杨，贺昌城，
申请(专利权)人：北京师范大学，
类型：发明
国别省市：北京;11