[发明专利]一种热塑性聚氨酯纳米纤维/聚乙烯醇复合水凝胶的制备方法

说明书

本发明属于水凝胶制备领域，特别是指一种热塑性聚氨酯纳米纤维/聚乙烯醇复合水凝胶的制备方法。本发明以丙三醇‑水二元混合溶剂替代传统水凝胶中的单一水溶剂，以聚氨酯微纳米纤维为增强材料制备聚乙烯醇复合水凝胶。本发明的方法大大缩短的聚乙烯醇水凝胶的制备周期，并且制备的聚氨酯微纳米纤维/聚乙烯醇水凝胶具有力学性能优良、生物相容性好、可生物降解等优点。

技术领域

本发明属于水凝胶制备领域，特别是指一种热塑性聚氨酯纳米纤维/聚乙烯醇复合水凝胶的制备方法。

背景技术

水凝胶是一种功能高分子材料，由三维网络结构的高分子和充塞其网链间隙中的水分子介质构成。水凝胶柔软而富有弹性，可在水中溶胀，且能对外界微小的刺激产生显著的应答，具有智能性，故近年来引起了广泛研究。研究主要集中在新型水凝胶的制备及新的水凝胶应用领域。水凝胶应用广泛，可用作药物控制释放材料、组织填充材料、人工软骨、化学阀、调光材料、生物传感器、组织培养等。

聚乙烯醇是一种由聚醋酸乙烯酯水解而成的，且分子链上含有大量极性羟基的水溶性聚合物。由于分子链易形成氢键，且其链结构对称规整, 因此具有良好的成膜性、水溶性、乳化性和黏结性，又以其高弹性、化学稳定性、易于成型、可生物降解、无毒、无不良反应，以及与人体组织良好的相容性在生物医学各个方面得到了广泛的应用。聚乙烯醇水凝胶的制备按照交联的方法可分为物理交联和化学交联。化学交联剂法是采用化学交联剂使得PVA 分子间发生化学交联而形成凝胶，常用的交联剂有醛类、硼酸及环氧氯丙烷等，这些化学交联剂都具有一定的毒性。物理方法交联一般为重复冷冻-融化循环的方法，此方法通过高分子聚合物长链互相缠绕形成物理结合点, 但是大部分天然水凝胶和合成凝胶仅在较低含水量时具有一定机械强度在较高含水量时强度显著下降易发生碎裂这使其实际应用受到极大限制。因此合成高强度凝胶已成为当下研究热点之一，近年来一些学者对于如何提高凝胶机械强度进行了大量研究。

目前两种或多种聚合物相复合已日益成为新的生物材料的发展方向，复合材料往往拥有单一聚合物材料所不具备的优良性能。由于纳米材料独特的尺寸效应和界面效应,其在电子学、光学、机械学、生物学等领域展现出巨大的潜力。当纤维的直径小到亚微米或纳米量级时，纤维就表现出一系列奇异的特性，如：具有极大比表面积大，导致表面能和活性增大，从而产生了表面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应等。另外，纳米纤维在柔性及力学性能等方面也具有惊人特性。由于纳米纤维在多方面表现出了特异性和多领域中的应用，越来越多的研究者开始关注和研究纳米纤维。纳米复合凝胶是将纳米尺寸分散在水凝胶中形成的复合材料。因为它不仅保持了纳米材料本身的功能性质, 而且还将明显改善水凝胶的物理机械性能、热稳定性。专利201210282637.5公布了一种纳米纤维素/聚乙烯醇凝胶复合材料，它首先制备纳米纤维素，然后将其与聚乙烯溶液共混，将共混冷冻12小时，取出后室温解冻12小时，冻融循环六次，得到复合水凝胶，这种方法工艺复杂，不利于工业化生产。

聚氨酯是结构中含有重复的氨基甲酸酯基(-NHCO-)的聚合物的总称，可以通过设计软硬段的比例对其物理、化学性质进行比较大的调整。热塑性聚氨酯（TPU）材料具有优异的力学强度、高弹性、耐磨性、润滑性、耐疲劳性、生物相容性、可加工性等而被广泛应用于生物医学领域，以及良好的生物相容性和抗凝血性能，被称为“理想的生物材料”。原位成纤是一种在加工过程中，两种热力学不相容且具有不同熔点的聚合物在其熔点以上的温度下拉伸，分散相在拉伸流场和剪切流场的共同作用下形成具有一定长径比的微纤，原位形成一种纤维增强材料的方法。本发明利用原位成纤技术制备聚氨酯微纳米纤维增强聚乙烯醇水凝胶，这种方法未见国内外文献报道。

发明内容

本发明提出一种热塑性聚氨酯纳米纤维/聚乙烯醇复合水凝胶的制备方法，解决了聚乙烯醇水凝胶制备周期长且机械强度低的问题。本发明以丙三醇-水二元混合溶剂替代传统水凝胶中的单一水溶剂，以聚氨酯微纳米纤维为增强材料制备聚乙烯醇复合水凝胶。本发明的方法大大缩短的聚乙烯醇水凝胶的制备周期，并且制备的聚氨酯微纳米纤维/聚乙烯醇水凝胶具有力学性能优良、生物相容性好、可生物降解等优点。