[发明专利]利用定点浓度溶剂交换法制备淀粉基多孔水凝胶的方法

说明书

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，涉及一种基于淀粉组成的多孔水凝胶制备方法，尤其是利用定点浓度溶剂交换法制备淀粉基多孔水凝胶的方法。

背景技术

水凝胶是一种具有亲水性且不溶于水的高分子聚合物，在水中可迅速溶胀至溶胀平衡，在食品加工、医药、材料领域得到了广泛的应用。与传统的水凝胶相比，多孔水凝胶内部有大量的孔隙结构，拥有更大的空间和更大的内部表面积，因此具有更好的溶胀性能、更快的溶胀动力学以及对外部响应更快速的特点。

淀粉是一种可再生的天然资源，来源丰富、价格低廉，具有可资源再生性、低毒性、生物相容性、生物降解性。但是淀粉本身具有结晶性强、难于加工和成型等缺点，因此，通常将淀粉进行物理或化学改性，以改善淀粉的结构和性能，拓宽淀粉的应用领域。近年来淀粉等天然高分子作为可再生、可持续发展的绿色材料，在化工、医药、环境等领域得到了更广泛和深入的研究和应用。

目前制备多孔水凝胶常用的方法有：发泡法、致孔剂法、冷冻干燥法、溶剂交换法。发泡法是利用发泡剂反应产生的气体或有机溶剂气体挥发，在材料内部形成泡孔，如CN103044703A以空气为发泡剂制备出多孔气泡胶体，作为创伤敷料的组成部分；CN102492093A、CN1264321 A、CN1757662 A、CN1488331 A、CN1763123A、CN1768920A、CN102633956 B等采用碳酸盐或碳酸氢盐作为发泡剂，在酸性条件下反应生成气体二氧化碳，挥发后形成多孔结构。CN102702559A采用微生物——干酵母做发泡剂，通过其发酵产生气体，从而形成多孔水凝胶。CN102167763A用低沸点溶剂做发泡剂低温光聚合制备多孔水凝胶。CN101588790A、CN1527860A等是利用聚合反应过程中反应产生的气体作为发泡剂，在水凝胶基体中留下孔洞。CN1763124A、CN102406595A采用锐孔凝固浴法制备的微胶囊作为发泡剂，在水凝胶中产生泡孔结构。致孔法是将成孔剂掺杂在聚合物本体中，将聚合物置于水中。致孔剂溶解于水中而聚合物不溶解，就会在聚合物内部留下孔洞，如以乙醇为致孔剂制备聚丙烯酰胺/丙烯酸钾互穿网络多孔水凝胶(材料导报，2011,25(10),28-31)。相分离法也叫溶剂交换法，利用聚合物在溶剂中不溶解，聚合物相和溶剂相产生相分离，然后在干燥过程中，溶剂挥发，在聚合物基体内留下孔洞，如Zhang等以蔗糖溶液和1,4-二氧杂环混合液为溶剂制备PNIPA水凝胶(《Macromolecular Chemistry and Physics》,2004,205(1),107-113.)。冷冻干燥法是在低温真空条件下使聚合物中的溶剂挥发，从而在聚合物中留下孔洞《中州大学学报》)，2016,33(14)113-116.))，如CN103094596A利用冷冻干燥法制备多孔水凝胶，作为质子膜的载体。

在以上这些制备多孔水凝胶的方法中，通常存在一些问题：比如发泡剂产生的气体挥发速率较快，反应程度以及孔结构常常难以控制，并且发泡剂、致孔等物质容易在水凝胶中残留，对水凝胶的应用带来安全隐患。冷冻干燥法虽然不需要添加泡剂和致孔剂，但是冷冻干燥设备价格昂贵，工作时间长，另外，冷冻干燥法受设备容积限制，不能满足大量生产的需要。挥发或者相分离形成孔洞的时候，水凝胶的三维结构通常会遭到破坏，并且孔洞的结构、大小和形态难以控制，开孔性较差，并且多孔水凝胶在溶胀前后其三维尺寸通常会发生剧烈的变化，在某些操作过程中需要多孔水凝胶保持稳定的立体结构的时候，应用就会受到限制。因此，开发简便快捷的多孔水凝胶的制备方法，越来越引起人们的关注。