[发明专利]一种杂化交联和预拉伸获得低溶胀高强度水凝胶的制备方法

摘要

本发明提供了一种杂化交联和预拉伸获得低溶胀高强度水凝胶的制备方法。首先将硅酸钠与丙烯酰胺及海藻酸钠一起溶于水，引发丙烯酰胺聚合，经钙离子交联在水凝胶中原位生成硅酸钙纳米粒子。硅酸钙与海藻酸分子链之间通过钙离子交联形成有机‑无机杂化结构，这些杂化结构提高了海藻酸盐凝胶网络的稳定性，增强了海藻酸盐网络与聚丙烯酰胺网络之间的“纠缠作用”，分担承载网络变形所转移的应力，提高杂化水凝胶的强度，降低其在生理环境下的溶胀。利用葡萄糖酸‑δ‑内酯水解释放的氢离子与硅酸钙反应，生成表面含介孔硅胶的硅酸钙。经过预拉伸处理使水凝胶中的纳米粒子和聚合物取向，进一步提高杂化水凝胶的强度。

主权项

1.一种杂化交联和预拉伸获得低溶胀高强度水凝胶的制备方法，其特征是包括以下步骤：a)称取0.01‑2g硅酸钠，5‑15g丙烯酰胺，0.5‑2g海藻酸钠，丙烯酰胺质量百分比0.03％‑0.30％的化学交联剂，一起溶于50‑100ml去离子水中，搅拌溶解均匀，静置消泡后得到铸膜液，放置于无菌容器中备用；b)配制质量百分比为0.5％‑50％的可溶性钙盐水溶液；c)向步骤a)制备的铸膜液中加入丙烯酰胺质量百分比0.1％‑5％的过硫酸铵，丙烯酰胺质量百分比0.1％‑5％的亚硫酸氢钠和丙烯酰胺质量百分比0.01％‑2％的四甲基乙二胺，搅拌分散均匀后，立即将该溶液倒入干燥清洁的玻璃板上，用刮膜棒刮成厚度均匀的液膜，在N2保护下紫外照射1‑30min引发丙烯酰胺聚合，得到化学交联的凝胶膜；d)将步骤c)得到的化学交联的凝胶膜和玻璃板一起浸泡到步骤b)得到的可溶性钙盐水溶液中，浸泡0.1‑24h，在浸泡过程中将凝胶膜从玻璃板上揭下来，可溶性钙盐与海藻酸钠反应形成离子交联网络结构的海藻酸钙水凝胶，同时可溶性钙盐与硅酸钠反应在聚丙烯酰胺/海藻酸钙水凝胶中原位生成硅酸钙纳米粒子，硅酸钙与海藻酸分子链之间通过钙离子交联形成有机‑无机杂化结构，这些杂化结构提高了海藻酸盐凝胶网络的稳定性，增强了海藻酸盐网络与聚丙烯酰胺网络之间的“纠缠作用”，分担承载网络变形所转移的应力，提高杂化水凝胶的强度，降低了水凝胶在生理环境下的溶胀；e)配制质量百分比浓度为0.1％‑10％的葡萄糖酸‑δ‑内酯水溶液，将步骤d)得到的含硅酸钙的凝胶膜浸泡到葡萄糖酸‑δ‑内酯水溶液中0.1‑24h，葡萄糖酸‑δ‑内酯水解释放出氢离子，氢离子与硅酸钙反应，在硅酸钙纳米粒子表面形成介孔硅胶结构，得到一种在生理环境下保持高强度的杂化水凝胶；介孔硅胶与海藻酸钙和聚丙烯酰胺发生氢键相互作用，再加上纳米粒子的增强效应，提高了聚丙烯酰胺/海藻酸钙水凝胶在生理环境下的力学稳定性和抗溶胀性；f)为了进一步提高水凝胶的强度，将步骤e)得到的杂化水凝胶预拉伸至原长度的0.2‑2倍，然后将杂化水凝胶重新放置在可溶性钙盐水溶液交联，在预拉伸过程中杂化水凝胶中的纳米粒子及聚合物链沿着拉伸力取向，再次拉伸时杂化水凝胶的断裂能提高至原来断裂能的1.1‑1.8倍。