[发明专利]聚合物凝胶及其制备方法和用途

说明书

本发明涉及制备聚合物凝胶的方法，包括通过使用羧酸的环状二酐作为交联剂交联聚合物，以及用碳酸氢盐处理聚合物凝胶。本发明还涉及通过本发明的方法可获得的聚合物凝胶及其在各种应用中的用途。

背景技术

本发明涉及聚合物凝胶及其制备方法。

聚合物凝胶是交联聚合物，其能够吸收大量的液体，例如水。具体地，能够吸收超过其干重10倍量的水的交联聚合物水凝胶被定义为“超吸收剂”。交联或交联结(即形成聚合物凝胶网络的大分子链之间的物理或化学键)一方面保证聚合物-液体体系的结构完整性，一方面防止聚合物完全溶解，另一方面允许液相保留在分子网孔内。

目前市场上可得到的聚合物凝胶的特征不仅在于其显著的吸收性能，还在于其生物相容性，这可能是由于含水量高，并且最重要的是由于根据外部刺激调整其吸收性能的可能性。因此，这种聚合物水凝胶可以用作智能材料，例如用于制造用于多种工业应用的传感器或致动器。除了在个人卫生吸收性产品领域中用作吸收芯的常规应用外，还有更新和更具创造性的应用，诸如在生物医学领域，用于控制释放药物制剂、人造肌肉、传感器等的研发，以及在农业和园艺领域，例如用于在干旱土壤中控制释放水分和营养物质的装置中。

但是，目前可用的聚合物凝胶几乎都是基于丙烯酸的产品，因此不可生物降解。

由于日益关注环境保护问题，近年来大量关注已集中在研发基于生物可降解聚合物的超吸收性材料上，其具有与传统的超吸收性聚丙烯酸类似的性能。

用于获得超吸收性聚合物凝胶的生物可降解聚合物的实例是淀粉及纤维素衍生物。

1990年，Anbergen U和Oppermann W(Polymer，31,1854)提出了合成完全由纤维素衍生物制成的超吸收性材料的方法。具体地，他们使用羟乙基纤维素(HEC)和羧甲基纤维素钠盐(CMCNa)，其在碱性溶液中与二乙烯基砜化学交联。但是，这些材料的吸收性能与基于丙烯酸的超吸收性材料相比并不高。

一些碳二亚胺在非常规交联剂中也是众所周知的。特别地，在ES 484964和WO2006/070337中描述了使用碳二亚胺以交联成盐或非成盐的羧甲基纤维素(CMC)。然而，在与CMCNa发生交联反应过程中，该物质变成微毒脲衍生物，其在洗涤步骤中必须除去，从而进一步增加了生产工艺的成本和复杂度。

近来，US 2010/0234233 A1中已经描述了使用多元羧酸，诸如柠檬酸，作为用于生产水凝胶的交联剂。本文中使用的聚合物是离子型聚合物和非离子型聚合物的混合物，例如羧甲基纤维素和羟乙基纤维素的混合物。还公开了作为多羟基化醇(诸如山梨糖醇)的分子间隔基，可用于增加水凝胶的吸收能力。该工艺适用于亲水性聚合物。但是，对于疏水性聚合物，如乙酸纤维素，通过该工艺获得的溶胀比并不令人满意。

发明内容

本发明的目的是提供克服上述缺点并且也是可生物降解、环保且具有高溶胀性能的新型聚合物凝胶。

这些和其他目的通过本发明的聚合物凝胶及本文限定的其制备方法来实现。本发明的聚合物凝胶通过与环状二酐交联反应以及用碳酸氢盐溶液处理而获得。有利地，在交联之前，进行聚合物与用作极性分子间隔基的环状单酐的反应。

本发明部分地涉及这样的发现，即事先与特定单酐，特别是二酐(诸如均苯四甲酸二酐)反应的纤维素衍生物的交联，导致形成具有高液体吸收性能的聚合物凝胶。尽管在US2010/0234233A1和Quim.Nova，Vol.36,No.1,02-106,2013的文章中已经报道了均苯四甲酸二酐作为聚合物(诸如纤维素衍生物)的交联剂，但其与用碳酸氢盐溶液进行后处理的组合未曾公开过。此外，其与预先与环状单酐反应的聚合物的组合从未公开过。

在这种情况下，根据本发明用于制备聚合物凝胶的方法包括以下步骤：

(a)在催化剂存在下将环状二酐加入到包含聚合物的溶液中，以及