[发明专利]离子/化学杂化双交联聚丙烯酸高强度水凝胶的制备方法

说明书

本发明公开了一种NaCl溶液调控离子/化学杂化双交联聚丙烯酸高强度水凝胶的制备方法，解决了现有高强度水凝胶材料制备工艺复杂、生产周期长，综合性能不高的问题。本发明技术方案简单，包括将丙烯酸单体、九水硝酸铁、光引发剂、化学交联剂溶解得到混合溶液，在紫外光照条件下引发聚合并通过三价铁离子络合交联，同时通过化学交联剂共价交联，得到离子/化学杂化双交联水凝胶，再通过盐离子溶液来调控杂化双交联的水凝胶分子链的缠结，获得NaCl溶液调控离子/化学杂化双交联聚丙烯酸高强度水凝胶。本发明不仅操作及其简便，产品强度也很高，且具有很好的伸长率，可用作生物软组织替代品。

技术领域

本发明属于高分子材料，具体的说是一种高强度水凝胶的制备方法。

背景技术

水凝胶是一种含水量大、亲水性的三维网络结构材料，在组织工程中起着非常重要的作用，由于它有着及其特殊的性能，例如，高的含水量、较好的生物相容性和刺激响应性，所以在环境工程和智能材料领域中有着较好的前景。由于普通水凝胶通常存在凝胶强度低、韧性差和吸水速度慢等缺点，无法满足使用的需求，所以研究进一步扩展到双交联水凝胶。Lin等Lin P,Ma S,Wang X,et al.Molecularly Engineered Dual‐CrosslinkedHydrogel with Ultrahigh Mechanical Strength,Toughness,and Good Self‐Recovery[J].Advanced Materials,2015,27(12):2054-2059.以聚丙烯酰胺与聚丙烯酸共聚反应并通过用化学交联与离子交联来制备杂化双交联水凝胶，相比丙烯酰胺单网络交联，共聚杂化交联水凝胶力学性能提升了很多倍，并且还具有自我修复性能，但是共聚杂化交联水凝胶断裂伸长率大幅下降。Lin等Lin Y,He D,Chen Z,et al.Double-crosslinked networkdesign for self-healing,highly stretchable and resilient polymer hydrogels[J].RSC Advances,2016,6(15):12479-12485.利用两性聚氨酯大分子单体作为共价交联剂，十二烷基硫酸钠的胶团作为物理交联剂来交联丙烯酸酰胺，制备出杂化双交联共聚水凝胶，通过双交联很大程度上提升了共聚水凝胶的断裂伸长率和自我修复性能，但是拉伸强度较低。先前的研究表明，通过共聚反应及双交联手段可以显著提高水凝胶的力学性能，但是强度提高的同时会较大的牺牲韧性，以上均为共聚反应，引入多种高分子复合将会形成多相聚合物，只有适当的拓扑结构才会有较高的力学性能，对聚合物组成与工艺有较高的选择性，同时多相聚合物将导致水凝胶混合物的性能难以稳定。所以，不加入多种聚合物而仅通过简单的物理处理一种聚合物来获得既具有较好的拉伸强度又有较高的断裂伸长率的均聚物水凝胶，成为重要与迫切的工作。

发明内容

本发明的目的为了解决上述技术问题，提供一种工艺简单易控、原料简单易得、生产成本低、生产周期短、水凝胶的拉伸强度与断裂伸长率优异的离子/化学杂化双交联聚丙烯酸高强度水凝胶的制备方法。

技术方案的具体步骤如下：

1)将丙烯酸单体中加入去离子水，在室温中搅拌溶解得到丙烯酸单体溶液；

2)室温下将九水硝酸铁、光引发剂、化学交联剂溶于去离子水中配制成混合溶液；

3)将步骤2)中的混合溶液与步骤1)溶液在室温遮光条件下混合后搅拌均匀，得到丙烯酸单体混合溶液；

4)将步骤3)得到的丙烯酸单体混合溶液注入玻璃模具中全程室温遮光处理：将玻璃模具置于紫外灯下光照，使丙烯酸单体聚合成聚丙烯酸，同时也通过硝酸铁离子络合交联聚丙烯酸，还通过化学交联剂共价化学交联聚丙烯酸，最终使丙烯酸单体混合溶液形成离子/化学杂化双交联水凝胶；

5)将步骤4)得到的离子/化学杂化双交联水凝胶浸泡在NaCl溶液中平衡以调节水凝胶的拉伸强度与断裂伸长率，得到高强度水凝胶。