[发明专利]聚合物水凝胶及其制备方法

说明书

本申请是申请日为2008年08月08日，申请号为200880104399.0，发明名称为“聚合物水凝胶及其制备方法”的申请的分案申请。

发明背景

本发明涉及聚合物水凝胶及其制备方法。

聚合物水凝胶是能吸收大量水的交联的亲水性聚合物。更具体地，能吸收的水量超过其干重10倍的交联的聚合物水凝胶定义为“超吸收性”。某些这种材料甚至能吸收超过1升水/克干聚合物。

交联或交联结（即形成聚合物水凝胶网络的大分子链之间的物理或化学键合）保证了聚合物-液体体系的结构完整性，一方面防止聚合物完全增溶，另一方面使得水相保持在分子网络内。

市场上目前可得的超吸收性聚合物水凝胶的特征不仅在于其显著的吸收性能，还在于其生物相容性，这可能是由于含水量高引起的，最重要的特征在于可根据外部刺激调整其吸收能力。因此，这种聚合物水凝胶可用作智能材料，例如用于制造用于多种工业应用的传感器或致动器。除了在个人卫生吸收性产品中用作吸收芯的常见应用以外，还有在以下领域中的更近和更具革新性的应用，例如在生物医学领域中用于开发控释药物制剂、人造肌、传感器等，以及在农业和园艺领域中例如用于在干旱的土壤中控制释放水和营养物的装置。

但是，目前可得的超吸收性聚合物水凝胶几乎均为基于丙烯酸类的产品，因此不可生物降解。

由于日益关注环境保护问题，近年来人们越来越关注于开发性能类似于传统的超吸收性聚丙烯酸类的基于可生物降解的聚合物的超吸收性材料。

用于获得超吸收性聚合物水凝胶的可生物降解的聚合物的实例是淀粉和纤维素衍生物。

Anbergen和Oppermann[1]于1990年提出一种完全由纤维素衍生物制得的超吸收性材料的合成方法。更具体地说，使用羟乙基纤维素（HEC）和羧甲基纤维素钠盐（CMCNa)，在碱性溶液中用二乙烯基砜化学交联。但是，这种材料的吸收性能与基于丙烯酸类的超吸收性材料相比不高。

Esposito及合作者[2]于1996年研究Anbergen和Opperman所提出的合成方法，开发了一种提高凝胶吸收能力的方法，主要作用于材料的物理性能。基本想法为在聚合物结构中诱发微孔率，以便通过毛细现象促进吸收和保持水分。在干燥步骤期间诱发了所述微孔率，这是通过在聚合物的非溶剂中相转化来进行的，并且这样获得的材料的吸收性能显著优于那些空气干燥的凝胶。

CMCNa可用关于纤维素为双官能的任何试剂化学交联。除了在根据Anbergen和Opperman的合成法中使用的二乙烯基砜以外，还已使用表氯醇、甲醛和各种双环氧化物作为交联剂。然而，这些化合物在其未反应状态下为高毒性的[3]。已知某些碳二亚胺为非传统的交联剂。更具体地，使用碳二亚胺以交联成盐或未成盐的羧甲基纤维素（CMC），描述于[4]。碳二亚胺诱发纤维素大分子之间形成酯键，而本身不参与键合，但将自身转化为非常低毒性的脲衍生物[5]。以碳二亚胺作为交联剂交联羧甲基纤维素钠盐和羟乙基纤维素所获得的超吸收性聚合物水凝胶公开在国际专利申请WO2006/070337[6]。

然而，在WO2006/070337用作交联剂的碳二亚胺具有极其昂贵的缺点。而且，在与CMCNa交联反应期间，该物质转变为略微毒性的脲衍生物，此脲衍生物必须在洗涤步骤中除去，这样进一步增加了生产工艺的成本和复杂性。这些缺陷是极其不利的，尤其是联系到需要大规模生产聚合物水凝胶以及因而涉及关于起始材料的购买和关于合成期间所产生的毒性物质的处置两方面的高成本的那些应用。

此外，形成具有某种程度毒性（尽管非常低）的物质是在生物医学和药物应用中排除使用这种聚合物的可能性的关键因素。

发明概述

本发明的目的是提供克服与使用碳二亚胺作为交联剂有关的上述缺陷的聚合物水凝胶。

这些目的和其它目的通过本文界定的本发明聚合物水凝胶和其制备方法而实现。本发明的聚合物水凝胶是基于使用多元羧酸诸如柠檬酸作为交联剂，且在优选的实施方案中还包括使用分子间隔物。