[发明专利]水凝胶及其制备方法

说明书

本发明提供一种水凝胶及其制备方法，该方法在包括溶解单元(1)，凝固单元(2)，水凝胶后处理单元(7)的装置中进行，该方法包括：S1、天然高分子材料溶解于釜(101)中，真空脱泡；S2、天然高分子溶液进入狭缝模头(201)注入凝固浴槽(202)中，在凝固剂中凝固得到天然高分子凝胶；S3、天然高分子凝胶经过牵伸单元(3)、清洗单元(4)制得天然高分子水凝胶；控制溶解单元(1)与凝固单元(2)的温差小于等于30℃。该方法生产效率高、耗时短，可方便进行各段工艺的调整和优化，可广泛适用于不同粘稠度的天然高分子溶液体系，而且制得的水凝胶厚度和宽度精确可控，水凝胶均匀、平整。

技术领域

本发明涉及水凝胶制备领域，具体涉及一种水凝胶及其制备方法。

背景技术

水凝胶具有含水3D交联网络，“软而湿”的特性，弹性力学性能和高生物相容性，与生物软组织有诸多相似之处。由于这些突出的特性，水凝胶可广泛用于生物工程，如药物输送、智能软物质执行器和人造肌肉。天然高分子基水凝胶具有优异的生物可性、生物相容性、生物可降解性和生物安全性，因此在生物医药领域、柔性器件、仿生材料等表现出广阔的应用前景。天然高分子主要包括纤维素、甲壳素、壳聚糖、海藻酸盐等，其中纤维素是自然界储量最丰富的天然高分子聚多糖[蔡杰,吕昂,周金平,张俐娜.纤维素科学与材料.化学工业出版社,2015.]。

目前，天然高分子水凝胶制备常用湿法成型，如单向流延法、模板法、刮涂法和吹膜法。例如，Zhang等利用碱/尿素水溶剂中溶解棉短绒，将所得纤维素溶液置于光滑的玻璃板上，并用刮膜器均匀刮至厚度为1.0-3.0mm，然后采用乙醇/去离子水混合溶剂作为凝固浴缓慢定型，再在自然晾干制得透明且力学性能优异的纤维素膜[Zhang,L.；Ruan,D.；Zhou,J.Ind.Eng.chem.Res.,2001,40,5923-5928.]。但单向流延法和刮涂法耗时长、效率低，需要在温和凝固浴中缓慢凝固定型，而且很难避免纤维素溶液的浪费，多适合于实验室使用。

李瑞丰、高珊珊等采用挤出吹膜成型法是制备纤维素水凝胶，纤维素溶液经过滤后加热至80～100℃，再经过脱泡、加压、吹气，然后输送至吹膜机，再经一段空气间隙进入凝固浴，再经过清洗、后处理等可连续制备纤维素水凝胶[Fink.H.P.；Weigel P.；bohnS1.J.Macromol.Sai.Phys.1999,38,603-613；高珊珊,王建清.全球软包装工业,2008,1,91-93；李瑞丰,王新,邱基江,李萌.当代化工研究.2020,16,148-149]。

上述挤出成型法需要纤维素溶液粘度大、固含量高，纤维素溶液性需要像聚合物“熔体”，即具有经冷却可固化，再加热可重新变为液体的特殊性能，才能使用在凝固浴中进行空气吹膜法。对于分子量低或者浓度低的稀稠纤维素溶液难以适用，而且吹膜法制得的水凝胶厚度均匀性和收卷平整性较差，不适用于生产精度要求较高的水凝胶制品。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的耗时长、效率低以及适用范围有限、水凝胶厚均匀性和平整性差等问题，提供一种天然高分子水凝胶的制备方法，该方法能够实现天然高分子水凝胶连续快速制备，精准控制天然高分子水凝胶的厚度和宽度，制备的天然高分子水凝胶厚度均匀、平整。

为了实现上述目的，本发明提供一种水凝胶的制备方法，该方法在包括溶解单元，凝固单元，凝胶后处理单元的装置中进行，

所述溶解单元用于调配天然高分子溶液；

所述凝固单元包含狭缝模头和凝固浴槽，天然高分子溶液从狭缝模头挤出，进入凝固浴槽中，凝固制得天然高分子凝胶；

所述凝胶后处理单元，对天然高分子凝胶清洗、改性制备天然高分子水凝胶；

该方法包括：

S1、将天然高分子材料置于溶解釜中，加入溶剂，搅拌使天然高分子溶解，得到天然高分子溶液，真空脱泡；