[发明专利]一种网络互穿功能性水凝胶的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种功能性水凝胶的制备方法，特别是涉及一种网络互穿功能性水凝胶的 制备方法。

背景技术

高分子功能性凝胶的应用引起了人们越来越广泛的关注，其具有的特殊性能也引起了 越来越多人的兴趣。所谓功能性凝胶是指能感知外界环境(如温度、pH值、光、磁、电或 压力等)微小的刺激或变化，同时自身能产生相应的化学性质和物理结构变化的一类高分 子凝胶。正是由于这类高分子凝胶的智能性，使之有可能在众多领域得以应用，尤其是在 药物缓释、蛋白质的分离提纯、活性酶的包埋等生物医学领域得到了广泛研究和应用。但 由于溶胀状态下的凝胶机械强度较低，使其在某些方面的应用受到了较大限制。为了改善 凝胶的机械强度，人们采取共聚和共混等方法来增加其强度。但是共聚通常会削弱或降低 原聚合物的某些性能，如将N-异丙基丙烯酰胺与带有亲水性或疏水性基团的单体共聚制备 凝胶，往往会使聚N-异内基丙烯酰胺的相转变温度增加或者减小，更严重的甚至会降低其 温敏性。

由于对聚合物改性的迫切需要，网络互穿(IPN)作为聚合物改性的一种重要手段得到 了广泛的发展。网络互穿(IPN)技术是众多的聚合物共混改性技术中的一种，作为高分子 材料改性的重要而又有效的手段，为制备特殊性能的聚合物材料开拓了新的途径。它被认 为是以化学方法来实现物理共混的新技术，包括全互穿网络(full-IPN)和半穿网络 (semi-IPN)两种。不同在于全互穿网络(full-IPN)体系中的聚合物都是交联的，半穿网络 (semi-IPN)体系中有一种聚合物是线性的。IPN的特点在于含有能起到“强迫相容”作用的 互穿网络，不同聚合物分子之间相互缠结形成一个整体，不能解脱。在IPN中不同聚合物 存在各自的相，聚合物之间并没有发生化学结合。

IPN的合成方法包括分步法和同步法。分步法是将已经交联的聚合物(第一网络)置 入含有催化剂、交联剂等的另一单体或预聚物中，使其溶胀，然后使第二单体或预聚体就 地聚合并交联形成第二网络，所得产品称分步互穿聚合物网络。而同步法则是将两种或多 种单体在同一反应器中按各自聚合和交联历程进行反应，形成同步互穿网络。

将网络互穿(IPN)技术用于功能性凝胶制备中，特别是与点击化学相结合将会给功 能性凝胶的制备及其性能的改良带来新的前景和空间。

聚乙二醇(PEG)是一种用途极为广泛的聚醚高分子化合物，它可应用于医药、卫生、 食品、化工等众多领域。PEG能够溶解于水和许多溶剂中，具有优异的生物相容性，在体 内能溶于组织液中，可被机体迅速排除体外而不产生任何毒副作用。更难得的是，当把PEG 和其它分子结合时，它的很多优良性质也会随之转移到新的化合物中。因此，它在医药学 上受到了广泛的重视和应用。用它制备的高分子水凝胶具有良好的生物相容性。

基于聚乙二醇及其衍生物互穿网络(IPN)形成的水凝胶具有良好的生物相容性及溶 胀性，同时具备功能性单体的特性，因此在生物医学领域有着广泛的应用前景。

发明内容

本发明提供一种具有规整结构的网络互穿(IPN)或半网络互穿(semi-IPN)的功能性 水凝胶的制备方法，该方法由点击化学(click chemistry)和原子转移自由基聚合(ATRP) 相结合，在同一催化体系中实现同步网络互穿制备功能性水凝胶。

本发明方法中点击化学与ATRP同步反应制备网络互穿功能性水凝胶，形成规整聚合物网 络的点击化学反应与形成互穿网络聚合物的ATRP反应在单一反应器、同一催化体系中完成。

本发明方法制备基于聚乙二醇的网络互穿功能性水凝胶，其网络主要是基于聚乙二醇或 其衍生物经由点击化学的方法形成的，在此网络中进行互穿或半互穿的聚合物是通过原子转 移自由基聚合(ATRP)得到的功能性高聚物。其中点击化学和原子转移自由基聚合在同一催 化体系下同时完成。

本发明方法是通过以下技术方案来实现的：

一种网络互穿功能性水凝胶的制备方法，包括下述同步反应过程：

(a)点击反应：含有三个或三个以上端炔基的单体(A)与至少含有两个端叠氮基的 单体(B)发生点击化学反应，形成聚合物网络；

(b)ATRP反应：带有双键的单体(C)发生ATRP反应，形成互穿网络的聚合物；

所述的方法在溶剂中加入单体A、B和C，以及引发剂和配体，加入过渡金属催化剂，上 述反应在同一反应器中进行。