[发明专利]基于聚合物纳米微球氢键交联的纳米复合水凝胶的制备方法

说明书

本发明涉及一种基于聚合物纳米微球氢键交联的纳米复合水凝胶的制备方法，采用分散聚合制备单分散的聚合物纳米微球，用富含羟基的N‑甲基‑D‑葡糖胺对其表面进行亲水化改性，利用改性后纳米微球表面的羟基与水凝胶分子链之间形成的氢键作用来提高水凝胶的交联密度，进而改善水凝胶的力学性能，同时聚合物微球本身的韧性对改善水凝胶的力学性能也有贡献。尤其是在步骤1的反应采用两段进行，使得合成过程微球收率85％，微球粒径500nm左右。本发明通过自由基聚合制备纳米复合水凝胶，利用聚合物纳米微球本身的韧性和纳米微球与水凝胶形成的氢键作用来共同提高水凝胶的力学性能，为水凝胶中交联聚合物纳米微球制备复合水凝胶提供了新思路。

技术领域

本发明属于高分子水凝胶技术领域，，涉及一种基于聚合物纳米微球氢键交联的纳米复合水凝胶的制备方法。

背景技术

水凝胶是由物理作用或化学作用交联形成的三维网络聚合物，其内含有大量的水。水凝胶分子链上含有亲水基团和疏水基团，亲水基团与水分子结合，可将水分子牢牢锁在网络内部，因此水凝胶具有良好的吸水性和保水性。疏水基团遇水膨胀为交联聚合物，可维持水凝胶的形状；同时分子链段中还有特定响应基团，使水凝胶具有环境响应性，可广泛应用于农业、林业、日化、医药等领域。

然而，传统水凝胶存在交联密度低、分子间作用力小、形成凝胶不均匀等缺点，导致机械性能差，限制了水凝胶在实际中的应用。因此通过各种技术调控水凝胶性能引起了研究者们广泛的关注。高分子凝胶的交联键不一定都是化学共价键，也可以通过诸如氢键等次价键，或者链段相互互穿、缠结等方式形成交联结构。因此，具有良好力学性能的新型水凝胶结构的设计开发引起了研究者的关注。近年来，三种新型的高强度水凝胶被报道：拓扑水凝胶、双网络水凝胶以及纳米复合水凝胶(NC-Gel)。

在现如今已经开发出的不同结构类型的高强度水凝胶中，纳米复合水凝胶既可保持纳米粒子与水凝胶本身的特性，还能通过纳米粒子与水凝胶之间的物理或化学作用来提高水凝胶的性能，另外，还具有机械强度提高明显，制备工艺简单等优点，成为高强度水凝胶的研究热点，有望应用于药物释放、组织工程、微通道元件等领域。

共混聚合法制备的纳米复合水凝胶因未对纳米粒子改性，易产生无机纳米粒子团聚现象，即使对纳米材料表面进行改性，不易出现无机纳米粒团聚现象，但由于无机纳米粒子本身韧性不足，应力作用于无机纳米粒子表面改性基团与凝胶网络之间的交联点，使纳米复合水凝胶整体力学性能达不到要求。因此在水凝胶的制备过程中可通过引入聚合物纳米粒子来提高力学性能。聚合物纳米粒子本身具有较好的韧性，用富含羟基、氨基等基团的物质对聚合物纳米微球表面进行亲水化改性，通过自由基聚合交联于凝胶网络中，既不会出现纳米微球的颗粒团聚现象，还使得纳米复合水凝胶拥有更加优异的力学性能。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种基于聚合物纳米微球氢键交联的纳米复合水凝胶的制备方法。

技术方案

一种基于聚合物纳米微球氢键交联的纳米复合水凝胶的制备方法，其特征在于步骤如下：

步骤1、制备聚合物微球：将6g～25g单体甲基丙烯酸缩水甘油酯GMA、0.1g～0.4g引发剂过氧化苯甲酰BPO、1g～5g分散剂聚乙烯吡咯烷酮PVP溶于160mL无水乙醇中形成均相溶液，加入三口烧瓶中，接好回流冷凝装置，于60℃水浴锅中150rpm搅拌反应后，用恒压分液漏斗滴加交联剂二乙烯基苯DVB溶液，继续150rpm搅拌反应后冷却至室温，反应产物用无水乙醇和去离子水分别洗涤、离心多次，得到聚甲基丙烯酸缩水甘油酯PGMA纳米微球；

所述交联剂DVB溶液为0.15g～0.4g的DVB溶于40mL无水乙醇；