[发明专利]一种高分子水凝胶及其制备方法

说明书

本发明提供一种高分子水凝胶及其制备方法，其中，所述高分子水凝胶以重量份计包括以下原料组分：多异氰酸酯3～9份；丙烯酸酯类单体5～10份；表面活性剂10～15份；丙烯酰胺类单体30～50份；无机盐5～10份；引发剂0.1～5.0份；促进剂0.05～1.00份；水300～500份。所制得自修复高分子水凝胶无需任何修复剂和特定环境的要求即可快速完成对损伤的自修复，且具有优异的韧性。

技术领域

本发明涉及一种高分子水凝胶，具体地，涉及一种高韧性自修复高分子水凝胶及其制备方法。

背景技术

高分子水凝胶在组织工程、基因和药物输送系统、细胞培养和伤口修复等方面，由于其良好的生物相容性被广泛用作生物材料，能够保持一个三维网络结构后，吸收大量的水或生物体液、组织弹性等等。然而，与具有极强机械韧性的天然类水凝胶生物组织(如软骨、肌腱和肌肉)不同，传统方法制备的化学交联水凝胶往往易脆，力学性能较差，限制了其作为生物材料的应用。在过去的几十年里，人们在开发能够自动修复受损部位的“智能水凝胶”方面做出了巨大的努力。赋予优良的自修复能力为延长材料的使用寿命开辟了一条可行的途径。仿生自修复水凝胶具有快速自修复、高机械强度和韧性等优点，极大地延长了其使用寿命，尤其适用于人工电子皮肤、生物传感和药物传递等应用。

受自然的启发，人们探索了多种修复水凝胶受损网络结构的方法，以获得高度自修复的水凝胶。自修复剂、动态可逆共价键和非共价键主要用于构建自修复高分子材料。基于非共价键的自修复水凝胶体系和基于动态可逆共价键的自修复高分子水凝胶体系更具有响应性和更易于结构控制。在各种非共价相互作用中，疏水相互作用和氢键是自修复合材料中最常见的相互作用，且它们在生物系统中也起主导作用。因此，疏水相互作用和氢键常用来构建具有自修复能力和优异力学性能的高分子水凝胶。

而利用胶束实现化学交联和多种非共价键交联的多层次系统来设计和制备高韧性和快速自修复的高分子水凝胶还未见报道。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种高韧性快速自修复高分子水凝胶，所制得的水凝胶具有至少1900％的断裂伸长率，且无需任何修复剂和特定环境要求即能快速完成对损伤的修复。

本发明的技术目的是通过以下技术方案来实现的：

一种高分子水凝胶，以重量份计，包括以下原料组分：

进一步地，本发明所述高分子水凝胶，以重量份计，其包括以下原料组分：

进一步地，本发明所述多异氰酸酯选自异佛尔酮二异氰酸酯、1,6-六亚甲基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷-4,4′-二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、甲基环己基二异氰酸酯、四甲基苯二亚甲基二异氰酸酯、HDI三聚体、异佛尔酮二异氰酸酯三聚体、TDI三聚体和MDI三聚体中的一种或两种以上。

进一步地，本发明所述丙烯酸酯类单体选自甲基丙烯酸羟乙酯和/或丙烯酸羟乙酯。

进一步地，本发明所述丙烯酰胺类单体选自丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、N-异丙基甲基丙烯酰胺和二甲胺基丙基丙烯酰胺中的一种或两种以上。

进一步地，本发明所述无机盐选自氯化钠、氯化钙、碳酸钠、碳酸钙中的一种或两种以上。

进一步地，本发明所述表面活性剂选自十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十八烷基二甲基苄基氯化铵和十六烷基三甲基溴化铵中的一种或两种以上；优选地，所述引发剂选自过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠中的一种或两种以上；优选地，所述促进剂选自四甲基乙基二胺。

本发明的另一技术目的是提供一种上述高分子水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

1)在搅拌条件下将丙烯酸酯类单体逐滴加入至多异氰酸酯中，得末端带有碳碳双键的丙烯酸酯-异氰酸酯单体；