[发明专利]高分子水凝胶及其制备方法

说明书

本发明提供了高分子水凝胶及其制备方法，所述高分子水凝胶是凝胶因子通过相互之间的物理相互作用形成的，其中，所述凝胶因子包括：纳米材料，所述纳米材料具有反应性官能团；以及高分子链，所述高分子链通过所述反应性官能团接枝在所述纳米材料表面。该凝胶为物理凝胶，具有热可逆性，同时兼具高强度和强吸水性。

技术领域

本发明属于高分子水凝胶领域，尤其涉及一种高强度、超吸水的高分子水凝胶及其制备方法和用途。

背景技术

高分子水凝胶是由交联的高分子形成的三维网络和大量的水组成的软物质材料。高分子水凝胶具有生物相似相容性、高吸水性和刺激响应性，因此在很多领域具有广泛的应用价值，如组织工程、药物递送、卫生材料、分离材料、水土保持、建筑材料和吸附材料等领域，并取得了可观的经济效益。

然而，传统方法制备的高分子水凝胶的力学性能差，表现为强度和模量低且质脆，限制了其进一步应用。制备高强度的高分子水凝胶，为拓展其在生物领域的应用，如用作关节软骨和韧带的替代材料；在工业生产中的应用，如用作光电器件、电池隔膜或分离膜等领域奠定基础。通过设计制备均匀的三维凝胶网络，可有效地改善高分子水凝胶的力学性能，相关的文献报道主要集中在tetra-PEG水凝胶(T.Sakai,U.-i.Chung,etal.Macromolecules,2008,41,5379-5384.Design and Fabrication of a High-StrengthHydrogel with Ideally Homogeneous Network Structure from Tetrahedron-likeMacromonomers.)和拓扑水凝胶(Y.Okumura,K.Ito.Adv.Mater.2001,13,485—487.ThePolyrotaxane Gel:A Topological Gel by Figure-of-Eight Cross-links.)。均一网络制备繁琐，条件苛刻，因此通过引入有效的能量耗散方式来达到提高高分子水凝胶的力学性能的目的，成为当今高强度水凝胶的研究的重点。研究较多且比较成功的文献报道主要是双重网络水凝胶(J.P.Gong,Y.Katsuyama.Adv.Mater.2003,15,1155—1158.Double-Network Hydrogels with Extremely High Mechanical Strength.)和纳米黏土复合水凝胶(K.Haraguchi,T.Takehisa,Adv.Mater.2002,14,1120–1124.Nanocomposite hydrogel:a unique organic-inorganic network structure with extraordinary mechanical,optical,and swelling/de-swelling properties)。

此外，国内一些学者在高强度水凝胶的制备，申请了相关的中国专利，例如，山东大学的秦绪平等报道的以微凝胶增强制备高强度水凝胶“一种高强度水凝胶的制备方法”的中国专利(公布号：CN102898593A)；浙江大学的单国荣等报道的以分散介质对聚丙烯酰胺进行改性，从而制备高吸水、高强度双网络水凝胶“一种双网络水凝胶的制备方法”(公布号：CN101608006A)；新疆大学的封顺等报道的以γ-氨丙基三乙氧基硅烷为单体和化学交联的聚丙烯酰胺的无机有机互穿的双网络水凝胶“高强度硅基水凝胶的合成”的中国专利(公布号：CN102827333A)；北京理工大学的李欢军等报道的通过带正电的酸性二氧化钛溶胶吸附引发剂和单体，通过原位聚合制备了类似于纳米黏土复合水凝胶的纳米二氧化钛复合水凝胶“一种高强度二氧化钛纳米复合水凝胶的制备”的中国专利(公布号：CN102558412A)。

针对目前有关高强度高分子水凝胶的报道，存在诸如制备过程繁琐、条件苛刻或由不可逆共价键交联而形成的凝胶，往往表现出综合性能差的特点。很难兼具有高的力学强度和断裂伸长率，在表现其力学强度高的同时不具备高的吸水性能，很大程度上限制了水凝胶在众多领域中的应用。

因而，目前关于高分子水凝胶的相关研究仍有待深入。