一种芳纶辅助的聚乙烯醇气凝胶、其制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种芳纶辅助的聚乙烯醇气凝胶、其制备方法及应用。所述制备方法包括：提供包含聚乙烯醇、芳纶纳米纤维、有机溶剂的复合分散液，以其作为前驱体与水接触，实现溶胶

【技术实现步骤摘要】
一种芳纶辅助的聚乙烯醇气凝胶、其制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及一种芳纶辅助的聚乙烯醇气凝胶，尤其涉及一种芳纶辅助的聚乙烯醇气凝胶及其制备方法，以及在止血材料中的应用，属于纳米多孔材料


技术介绍

[0002]由意外事故、手术出血和战场受伤等引起的难以控制的伤口出血是造成伤员死亡的主要原因。据报道，过度出血造成的死亡大多数发生在将伤员送至急诊室之前。因此，在出血后及时止血对伤员的生存和恢复起决定性作用。自然止血过程包括由血小板和红细胞在内的凝血因子的激活和聚集诱导的初始栓形成，然后激活凝血级联反应，形成血凝块实现完全止血。止血材料的开发旨在通过不同的机制加速凝血过程，亲水的多孔材料能吸收水分使血液中的凝血因子浓缩，从而激活凝血级联加速止血。
[0003]已有的止血材料，如粉末、海绵、泡沫和薄膜等(Biomater.Sci.2020，8，4396)，常用亲水高分子制备而成。粉末材料制备较为简单，具有一定止血效果，但是粉体颗粒黏附在创口及周围器官表面造成清创困难；泡沫敷料粘性较大，使用后去除可能造成伤口周围皮肤损伤；海绵敷料往往需要使用二层敷料或胶带固定，在更换时不易移除，也会对伤口造成二次伤害；周围皮肤脆弱或感染伤口时不能使用薄膜敷料。上述止血材料的不足，使得以纱布为代表的一类使用和后处理简单的止血材料被广泛应用在紧急救援和手术止血等场景中。传统医用纱布是常用于治疗浅层、小容量创伤出血的止血材料，虽然能够吸收伤口处的血液，但纱布纤维本身并不存在能够吸收血液和富集血细胞的孔隙，并且纱布纤维间的孔隙远大于血细胞的尺寸(约2～10μm)，使得血细胞等凝血因子能够自由流动而无法有效富集来激活凝血级联，导致止血过程中失血量往往过大(Nat.Commun.2019，10，5562)。为了提高纱布富集凝血因子的能力，专利CN 209301808 U在纱布纤维表面负载具有纳米孔径(1nm)的多孔沸石，然而多孔材料的负载量往往有限(7wt.％～30wt.％)，仍然限制了这一类纱布的止血效果。因此，制备包含丰富亚微米孔隙的纤维并编织成纱布，是提升材料止血效果的有效途径。
[0004]气凝胶是一种典型的纳米多孔材料，由湿凝胶去除所有溶剂制备而成。在此过程中，凝胶的固体结构保存完整，包含由相互贯通或封闭的孔洞所构成网络多孔结构，且其中并充满气体，因而气凝胶具有丰富的介孔、拥有极低的密度、超高的比表面积，孔隙尺寸在2nm到50nm之间，能够在吸收血液中液体的过程中阻挡血细胞等凝血因子。如果将气凝胶制成纤维，并进一步编制成纱布，则能在提高有效接触面积的情况下实现快速吸水和富集凝血因子。近年来，气凝胶纤维的制备工艺逐渐被开发，可以通过湿法纺丝、反应纺丝、3D打印和离心纺丝等技术制备气凝胶纤维(Mater.Today Chem.2022，23，100736)。大部分气凝胶纤维的力学强度仍然较差，虽然可以作为填料或与其他纤维复合，但难以通过机器编织大批量制备气凝胶纱布。具有良好力学性能的气凝胶纤维如聚酰亚胺或芳纶气凝胶纤维都是由含有苯环的高分子制成，生物相容性和亲水性都有所不足。因此，目前尚未有专利或文献报道以亲水性生物相容高分子制备气凝胶止血纱布。
[0005]聚乙烯醇是一种具有代表性的水溶性高分子聚合物，已被大量研究证实具有良好的生物相容性、生物降解性和机械性能(J.Adv.Res.2017，8，217)。为制备聚乙烯醇气凝胶，往往先采用物理(冻融法，即通过冷冻
‑
解冻循环形成聚乙烯醇分子间和分子内的氢键，进而形成具有三维网络结构的水凝胶)或化学(使用如硼酸、戊二醛等交联剂)交联法形成聚乙烯醇水凝胶(New Chem.Mater.2022，50，248)，再经冷冻干燥制备聚乙烯醇气凝胶，但得到的大多是颗粒或块体气凝胶，不仅制备时间成本较高，且孔径一般在微米级别。因为亲水多孔材料的吸水驱动力(毛细压力)与其孔径大小成反比，即P
c
～1/r
pore
(Sci.Adv.2018，4，eaao7051)，为提升材料的吸水效果，需要制备具有纳米孔径的聚乙烯醇气凝胶纤维和纱布。然而，目前尚未有专利和文献报道此类材料。

技术实现思路

[0006]本专利技术的主要目的在于提供一种芳纶辅助的聚乙烯醇气凝胶及其制备方法，以克服现有技术中的不足。
[0007]本专利技术的另一目的还在于提供一种芳纶辅助的聚乙烯醇气凝胶止血材料，具有高亲水性、快速吸水和高效富集凝血因子优点。
[0008]为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：
[0009]本专利技术实施例提供了一种芳纶辅助的聚乙烯醇气凝胶的制备方法，其包括：
[0010]提供包含聚乙烯醇、芳纶纳米纤维、有机溶剂的复合分散液；
[0011]以所述复合分散液作为前驱体与水接触，实现溶胶
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凝胶转变，获得芳纶辅助的聚乙烯醇水凝胶；
[0012]可选择性的对所述芳纶辅助的聚乙烯醇水凝胶进行或不进行溶剂置换，之后干燥处理，获得芳纶辅助的聚乙烯醇气凝胶。
[0013]在一些实施例中，所述制备方法包括：将20～70℃的前驱体通过挤出和3D打印过程制成选定形状，之后加入水获得芳纶辅助的聚乙烯醇水凝胶；再经溶剂置换和干燥处理，获得芳纶辅助的聚乙烯醇气凝胶。
[0014]在另一些实施例中，所述制备方法包括：
[0015]将50～100℃的前驱体以水作为凝固浴进行湿法纺丝，之后加入水获得芳纶辅助的聚乙烯醇水凝胶纤维；再经溶剂置换、干燥处理，获得芳纶辅助的聚乙烯醇气凝胶纤维。
[0016]本专利技术实施例还提供了由前述制备方法制得的芳纶辅助的聚乙烯醇气凝胶，所述芳纶辅助的聚乙烯醇气凝胶包含主要由聚乙烯醇和芳纶纳米纤维组成的三维多孔网络结构，所述三维多孔网络结构是以芳纶纳米纤维为骨架，聚乙烯醇包覆在芳纶纳米纤维表面的复合结构。
[0017]本专利技术实施例还提供了前述芳纶辅助的聚乙烯醇气凝胶于制备止血材料中的应用。
[0018]相应的，本专利技术实施例还提供了一种芳纶辅助的聚乙烯醇气凝胶止血材料，它由前述的芳纶辅助的聚乙烯醇气凝胶组成，具有纳米孔和微米孔共存的多级孔结构；所述芳纶辅助的聚乙烯醇气凝胶止血材料的密度为0.02～0.35g/cm3，孔隙率为60～98％，热导率为0.02～0.1W/m K，比表面积为50～800m2/g，与水的表观接触角为10～85
°
。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0020]1)本专利技术所获芳纶辅助的聚乙烯醇气凝胶前驱体能通过不同加工方法制备聚乙烯醇气凝胶，包括3D打印和湿法纺丝制备芳纶辅助的聚乙烯醇气凝胶；并且使用较低的PVA浓度获得更好的机械性能，同时保证生物相容性；
[0021]2)本专利技术通过超临界干燥制备芳纶辅助的聚乙烯醇气凝胶止血材料，相比冷冻干燥效率更高，气凝胶的纳米孔隙更加均匀；
[0022]3)本专利技术提供的芳纶辅助的聚乙烯醇气凝胶止血材料，相比医用纱布具有高孔本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种芳纶辅助的聚乙烯醇气凝胶的制备方法，其特征在于，包括：提供包含聚乙烯醇、芳纶纳米纤维、有机溶剂的复合分散液；以所述复合分散液作为前驱体与水接触，实现溶胶
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凝胶转变，获得芳纶辅助的聚乙烯醇水凝胶；可选择性的对所述芳纶辅助的聚乙烯醇水凝胶进行或不进行溶剂置换，之后干燥处理，获得芳纶辅助的聚乙烯醇气凝胶。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，包括：将聚乙烯醇加入有机溶剂中，在30～90℃水浴下搅拌0.5～40h，得到聚乙烯醇溶液；将芳纶纳米纤维分散在有机溶剂中，得到芳纶纳米纤维分散液；将聚乙烯醇溶液和芳纶纳米纤维分散液按照质量比(10～1)：1混合，在30～90℃水浴中搅拌0.2～40h，得到所述复合分散液作为前驱体。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述聚乙烯醇溶液中聚乙烯醇的浓度为0.2～35wt％；和/或，所述聚乙烯醇的数均分子量为5000～200000，醇解度>99％；和/或，所述芳纶纳米纤维分散液中芳纶纳米纤维的浓度为0.1～15wt％；和/或，所述芳纶纳米纤维的直径为5～50nm；和/或，所述芳纶纳米纤维分散液还包括碱性物质，所述碱性物质包括氢氧化钠，或者能够溶解于有机溶剂的有机碱，优选为叔丁醇钾；和/或，所述有机溶剂包括二甲基亚砜。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述前驱体溶液的浓度为0.2～20wt％，能够快速可逆的响应温度和剪切应力，所述前驱体溶液在20～50℃范围内的粘度为100～10000Pa
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s，屈服应力为100～10000Pa；所述前驱体溶液在50～100℃范围内的粘度为1～10Pa
·
s，屈服应力为10～500Pa。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，包括：将20～70℃的前驱体通过挤出和3D打印过程制成选定形状，之后加入水获得芳纶辅助的聚乙烯醇水凝胶；再经溶剂置换和干燥处理，获得芳纶辅助的聚乙烯醇气凝胶；或者，所述制备方法包括：将50～100℃的前驱体以水作为凝固浴进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：张学同，杨晓旭，石楠，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：