[发明专利]一种超高强度的聚氨酯脲超分子水凝胶及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及功能高分子材料和超分子化学领域，具体涉及的是一种超高强度的聚氨酯脲超分子水凝胶及其制备方法。 

背景技术

水凝胶是化学或物理交联的三维网状结构的高分子, 不溶于水，但能吸收大量的水或生物体液，并在溶胀之后能够继续保持其原有结构。 超分子水凝胶是一种由氢键、疏水聚集作用力、离子键、主-客体相互作用力等非共价键力交联的具有不溶于水但可被水溶胀的三维网络结构功能高分子材料。这种动态可逆、非共价交联的特性赋予超分子水凝胶诸多的优异性能， 如刺激响应性凝胶-溶胶转变行为及自修复性能等。但由于弱的非共价键力特点，超分子水凝胶多呈果冻或浆糊状，往往表现出弱且脆的物理机械特性，使其诸多潜在应用大为受限。因此，生物及化学家们一直致力于提高和控制水凝胶的机械性能，努力使其可以应用在医疗设备、药物传递系统和组织器官等方面。 

聚氨酯是一类具有良好血液相容性和生物相容性的功能高分子材料。 它由软链段和硬链段交替组成，因而通过选择适当的软、硬链段结构及其比例，可以合成出具有良好的物理机械性能， 如优良的韧性和弹性的高分子材料，是制作各类弹性体制品的首选材料。然而，与其它类型的超分子水凝胶一样，聚氨酯水凝胶的机械性能也很差。 因此，如何制备出高性能的聚氨酯水凝胶具有重要的理论意义与应用价值。 

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种超高强度的聚氨酯脲超分子水凝胶的制备方法，所得的水凝胶具有优良机械性能且可进行静电纺丝。 

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现： 

一种超高强度的聚氨酯脲超分子水凝胶，水凝胶为聚乙二醇、聚酯二元醇、亲水型扩链剂、二异氰酸酯、小分子扩链剂，以及水的共聚物，其结构示意式为：

式中，R为二异氰酸酯中两个异氰酸根之间的烷基或芳香基、R₁为聚酯二元醇、R₂为聚乙二醇、R₃为亲水型扩链剂、R₄为小分子扩链剂。

进一步的，其拉伸断裂伸长率为695 - 2411 %、拉伸强度为3.3 - 34 MPa。 

一种超高强度的聚氨酯脲超分子水凝胶的制备方法，包括如下步骤： 

步骤1）将聚乙二醇、聚酯二元醇、亲水型扩链剂溶解于溶剂中，再加入二异氰酸酯和催化剂，PEG︰聚酯二元醇︰亲水型扩链剂︰二异氰酸酯的摩尔比为2.5∶2.5︰4∶X，在温度为70 - 80 ℃的条件下反应2-4小时；

步骤2）按摩尔比PEG︰聚酯二元醇︰亲水型扩链剂︰二异氰酸酯︰小分子扩链剂= 2.5∶2.5︰4︰X∶5加入小分子扩链剂， 在温度为50 - 70 ℃，搅拌反应1 -2小时；

步骤3）按PEG︰聚酯二元醇︰亲水型扩链剂︰二异氰酸酯︰小分子扩链剂︰H₂O的摩尔比为2.5∶2.5︰4∶X∶ 5︰X-14，加入扩链剂水，在温度为50 - 60 ℃，搅拌反应16 - 72小时；

步骤4）反应结束后将产物倒入模具中成型，待溶剂挥发后，在蒸馏水中溶胀直至达到溶胀平衡，得到产物。

    进一步的，步骤1中所述溶剂为丙酮。 

    进一步的，步骤1中所述溶剂为二甲基甲酰胺、氯仿、二氯甲烷、二氯乙烷中的一种或一种以上，步骤3中得到的产物置于乙醚中沉淀，得到白色絮状固体，干燥后溶于丙酮中，倒入模具中成型，待溶剂挥发完后，在蒸馏水中溶胀直至达到溶胀平衡，从而得到聚氨酯脲水凝胶。 

进一步的，所述聚乙二醇的分子量为1000～6000 g/mol、聚酯二元醇的分子量为1000～6000 g/mol，所述催化剂为CT-E229、辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡中的一种或一种以上。 

    进一步的，所述聚酯二元醇为聚己二酸-1,4-丁二醇酯、 聚己二酸-1,6-丁二醇酯、聚ε-己内酯、聚碳酸酯二元醇、聚四氢呋喃醚中的一种或一种以上。