聚乙烯醇水凝胶及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种聚乙烯醇水凝胶及其制备方法和应用，属于及高分子水凝胶领域。本发明专利技术提供一种聚乙烯醇水凝胶的制备方法，所述方法为：将聚乙烯醇与有机溶剂在110℃～145℃下加热溶解制得聚乙烯醇溶液，然后将所得聚乙烯醇溶液静置自然冷却至室温即可形成具有凝胶结构的聚乙烯醇，再将具有凝胶结构的聚乙烯醇去除有机溶剂后制得聚乙烯醇水凝胶；其中，所述有机溶剂为二甲基亚砜和N‑N,二甲基甲酰胺的共混溶剂，二甲基亚砜和N‑N,二甲基甲酰胺的体积比为0.25～1；所得聚乙烯醇溶液的质量浓度为10～30％。本发明专利技术在制备聚乙烯醇溶液时，采用了恰当配比的溶剂，使得所得聚乙烯溶液通过静置自然冷却的方式即可制得聚乙烯醇水凝胶。

【技术实现步骤摘要】
聚乙烯醇水凝胶及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种聚乙烯醇水凝胶及其制备方法和应用，属于高分子水凝胶领域。
技术介绍
聚乙烯醇水凝胶在化学性质上不活泼，无毒性，生物相容性好，机械性能优良，吸水量高，并易于加工成型，广泛应用于农林、医药、日用化工、环保以及沙漠防治等各个领域。目前，制备聚乙烯醇水凝胶可以采用物理交联、化学交联或辐射交联的方法，使其形成水不溶性的凝胶。其中物理交联的方法，即通过将聚乙烯醇溶液进行冷冻-解冻，多次冻融的方式，使聚乙烯醇发生物理交联形成凝胶。然而，物理交联法存在以下缺陷：1、采用物理交联法，需要多次冻融；一般冷冻时间为24h，解冻时间为2-12h，所以冻融一次的时间至少为26h，而整个过程多次冻融一般需要80h。2、采用物理交联的方式，形成的不溶于水的水凝胶是可逆的，在一定条件下容易复溶于水，不稳定；物理交联的水凝胶强度很差，很容易破损。
技术实现思路
针对上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种聚乙烯醇水凝胶的制备方法，该方法简便易行，用时少，生产成本较低。本专利技术的技术方案：本专利技术要解决的第一个技术问题是提供一种聚乙烯醇水凝胶的制备方法，具体为：将聚乙烯醇与有机溶剂在110℃～145℃下加热溶解制得聚乙烯醇溶液，然后将所得聚乙烯醇溶液静置自然冷却至室温即可形成具有凝胶结构的聚乙烯醇，最后将具有凝胶结构的聚乙烯醇去除有机溶剂后即制得聚乙烯醇水凝胶；其中，所述有机溶剂为二甲基亚砜(DMSO)和N-N,二甲基甲酰胺(DMF)的共混溶剂，二甲基亚砜(DMSO)和N-N,二甲基甲酰胺(DMF)的体积比为0.25～1；所得聚乙烯醇溶液的质量浓度为10～30％。进一步，所述有机溶剂中，二甲基亚砜(DMSO)和N-N,二甲基甲酰胺(DMF)的体积比为：2:8、3:7、4:6或5:5。进一步，具有凝胶结构的聚乙烯醇去除有机溶剂前先在室温下静置4～6h使凝胶结构充分交联。进一步，聚乙烯醇溶液自然冷却前除去其中的微小气泡，优选采用超声震荡的方法除去气泡，超声震荡10～30分钟。进一步，上述方法中，在聚乙烯醇和有机溶剂中还加入调控聚乙烯醇水凝胶力学性能、生物相容性、降解性能及其他性能的改性剂；所述改性剂与聚乙烯醇的质量比为：1～60：99～40。优选的，所述改性剂选自：聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乳酸(PLA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙二醇(PEG)或聚己内酯(PCL)中的至少一种。进一步，具有凝胶结构的聚乙烯醇采用在水中浸泡的方式去除有机溶剂，浸泡时间24～48h。本专利技术要解决的第二个技术问题是提供一种聚乙烯醇水凝胶，其采用上述方法制备得到。本专利技术要解决的第三个技术问题是提供一种聚乙烯醇水凝胶微管的制备方法，包括如下步骤：1)制备聚乙烯醇溶液：聚乙烯醇与有机溶剂在110℃～145℃下加热溶解制得聚乙烯醇溶液，所述有机溶剂为二甲基亚砜(DMSO)和N-N,二甲基甲酰胺(DMF)的共混溶剂，二甲基亚砜(DMSO)和N-N,二甲基甲酰胺(DMF)的体积比为0.25～1；所得聚乙烯醇溶液的质量浓度为10～30％；2)制备微管：将步骤1)所得聚乙烯醇溶液浇铸进入模具内，静置冷却至室温形成具有凝胶结构的聚乙烯醇微管，然后使用溶液萃取法去除其中的有机溶剂；所述模具包括：模具体、模芯；所述模具体具有圆柱形通腔，所述圆柱形通腔两端均设置有同心固定装置，所述模芯两端分别与同心固定装置连接，所述模芯通过同心固定装置固定在圆柱形通腔内，且与圆柱形通腔同轴。进一步的，步骤1)中，为保障微管的均匀无气泡，聚乙烯醇溶液配制完成后需进行超声震荡10～30分钟。进一步，步骤1)中，在聚乙烯醇中还加入调控聚乙烯醇水凝胶微管力学性能、生物相容性、降解性能及其他性能的改性剂；所述改性剂与聚乙烯醇的质量比为：1～60：99～40。优选的，步骤1)中，在聚乙烯醇中加入聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乳酸(PLA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙二醇(PEG)或聚己内酯(PCL)中的至少一种。进一步，步骤2)中，聚乙烯醇微管在去除有机溶剂前于室温下静置4～6h以保证凝胶充分交联。进一步，步骤2)中，所述溶液萃取法为：将聚乙烯醇水凝胶微管于去离子水中浸泡24～36h，每4～6小时更换去离子水；优选的可采用辅助加热的方式加快萃取过程，加热温度在60～70℃(优选为65℃)范围内。本专利技术要解决的第四个技术问题是提供一种聚乙烯醇水凝胶微管，其采用上述方法制得。本专利技术要解决的第五个技术问题是提供上述聚乙烯醇水凝胶微管在人造血管中的应用，所述聚乙烯醇水凝胶微管的直径在1～6mm内可任意调节，并且微管的壁厚可控。本专利技术的有益效果：本专利技术提供一种聚乙烯醇水凝胶的制备方法，本专利技术在制备聚乙烯醇溶液时，采用了恰当配比的DMSO和DMF混合液作为溶剂，使所得聚乙烯溶液无需经过冷冻-解冻的反复循环过程，只需通过静置自然冷却的方式即可制得聚乙烯醇水凝胶，并且所得聚乙烯醇水凝胶具有优异的机械强度。本专利技术制备聚乙烯醇水凝胶的方法较传统物理交联法用时短，凝胶成型过程只需8小时左右，工艺简便易行。此外，本专利技术还可进一步制备聚乙烯醇水凝胶微管，能够实现水凝胶微管的浇铸成型，相对于传统的挤出成型，能够有效保证微管尺寸的可控性，提高微管制品尺寸的精确度；凝胶成型过程简单，降低了生产成本；同时由于模具加工的便捷性，可制得多种微小尺寸的圆管制品，并能保证圆管壁厚的均匀性。另外，聚乙烯醇(PVA)是一种生物相容性材料，用此种材料制作的生物体水凝胶微血管基体不会造成机体的免疫排斥反应。本专利技术制得的聚乙烯醇水凝胶微管其内直径尺寸在1～6mm范围内可任意定制调节，并且壁厚可控，从而为后期微血管制备提供了基体材料支持，为改善血管功能性(如添加不同生物相容性基团改善血管对组织的刺激作用从而造成不同的基因表达)提供材料支撑。附图说明图1为实施例1～3所得聚乙烯醇水凝胶的拉伸强度图，图中4-6表示4:6，3-7表示3:7,5-5表示5:5。图2为实施例1～3所得聚乙烯醇水凝胶的断裂伸长率图，图中4-6表示4:6，3-7表示3:7,5-5表示5:5。图3为实施例1～3所得聚乙烯醇水凝胶的流变温度扫描曲线。图4是本专利技术实施例4～6中制备聚乙烯醇水凝胶微管中使用的模具结构示意图。具体实施方式本专利技术要解决的第一个技术问题是提供一种聚乙烯醇水凝胶的制备方法，具体为：将聚乙烯醇与有机溶剂在110℃～145℃下加热溶解制得聚乙烯醇溶液，然后将所得聚乙烯醇溶液静置自然冷却至室温即可形成具有凝胶结构的聚乙烯醇，最后将具有凝胶结构的聚乙烯醇去除有机溶剂后即制得聚乙烯醇水凝胶；其中，所述有机溶剂为二甲基亚砜(DMSO)和N-N,二甲基甲酰胺(DMF)的共混溶剂，二甲基亚砜(DMSO)和N-N,二甲基甲酰胺(DMF)的体积比为0.25～1；所得聚乙烯醇溶液的质量浓度为10～30％。本专利技术中，当聚乙烯醇浓度小于10％时，所形成凝胶结构力学性能差，无实用价值；聚乙烯醇浓度大于30％时溶剂溶解法配置溶液实施困难。所述加热方式为油浴或烘箱加热。本专利技术要解决的第二个技术问题是提供一种聚乙烯醇水凝胶，其采用上述方法制备得到。本专利技术要解决的第三个技术问题是提供一种聚乙烯醇水凝胶微管的制备方法，包括如下步骤：1)制备聚乙烯本文档来自技高网...

【技术保护点】
聚乙烯醇水凝胶的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：将聚乙烯醇与有机溶剂在110℃～145℃下加热溶解制得聚乙烯醇溶液，然后将所得聚乙烯醇溶液静置自然冷却至室温即可形成具有凝胶结构的聚乙烯醇，再将具有凝胶结构的聚乙烯醇去除有机溶剂后制得聚乙烯醇水凝胶；其中，所述有机溶剂为二甲基亚砜和N‑N,二甲基甲酰胺的共混溶剂，二甲基亚砜和N‑N,二甲基甲酰胺的体积比为0.25～1；所得聚乙烯醇溶液的质量浓度为10～30％。

【技术特征摘要】
1.聚乙烯醇水凝胶的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：将聚乙烯醇与有机溶剂在110℃～145℃下加热溶解制得聚乙烯醇溶液，然后将所得聚乙烯醇溶液静置自然冷却至室温即可形成具有凝胶结构的聚乙烯醇，再将具有凝胶结构的聚乙烯醇去除有机溶剂后制得聚乙烯醇水凝胶；其中，所述有机溶剂为二甲基亚砜和N-N,二甲基甲酰胺的共混溶剂，二甲基亚砜和N-N,二甲基甲酰胺的体积比为0.25～1；所得聚乙烯醇溶液的质量浓度为10～30％。2.根据权利要求1所述聚乙烯醇水凝胶的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂中，二甲基亚砜和N-N,二甲基甲酰胺的体积比为：2:8、3:7、4:6或5:5；优选为4:6。3.根据权利要求1或2所述聚乙烯醇水凝胶的制备方法，其特征在于，具有凝胶结构的聚乙烯醇去除有机溶剂前先在室温下静置4～6h使凝胶结构充分交联。4.根据权利要求1～3任一项所述聚乙烯醇水凝胶的制备方法，其特征在于，聚乙烯醇溶液自然冷却前除去其中的气泡，优选采用超声震荡的方法除去气泡，超声震荡10～30分钟。5.根据权利要求1～4任一项所述聚乙烯醇水凝胶的制备方法，其特征在于，在聚乙烯醇和有机溶剂中还加入调控聚乙烯醇水凝胶力学性能、生物相容性、降解性能及其他性能的改性剂；所述改性剂与聚乙烯醇的质量比为：1～60：99～40；进一步，所述改性剂选自：聚偏氟乙烯、聚乳酸、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙二醇或聚己内...

【专利技术属性】
技术研发人员：王市伟，马帅江，冷瑜婷，刘梦涛，吕剑青，刘钰，梅开南，张斌斌，周笑麟，魏一灵，李倩，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：河南,41