CN107973881A - 一种高拉伸性羟乙基纤维素/聚丙烯酰胺水凝胶的制备 - Google Patents
一种高拉伸性羟乙基纤维素/聚丙烯酰胺水凝胶的制备 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种高拉伸性的羟乙基纤维素/聚丙烯酰胺复合水凝胶的制备，该复合水凝胶的制备包括以下步骤：将一定量的丙烯酰胺、羟乙基纤维素、去离子水、四甲基乙二胺混合均匀，不断搅拌使其呈透明状液体。将上述透明状液体置于冰浴环境中，并向其加入少许过硫酸铵做引发剂，充分搅拌后放置在40～60℃的环境中反应8h。所述水凝胶以羟乙基纤维素、聚丙烯酰胺、水为原料，通过调节添加的羟乙基纤维素的含量，从而得到高拉伸性的复合水凝胶。本发明利用羟乙基纤维素的特性，将其应用到水凝胶的增韧增强方面，所使用的羟乙基纤维素是一种生物质材料，具有生物相容性，因此，这是一种增韧增强水凝胶的绿色方法，具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于生物基高分子技术领域，具体涉及一种拉伸性羟乙基纤维素/聚丙烯酰胺复合水凝胶的制备。
技术背景
水凝胶是一种主链或支链含有大量亲水性基团并吸附有大量水分的具有三维网状结构的交联聚合物。作为组织工程的支架材料，药物输送与释放的基质，以及生物细胞的调节物质，具有良好生物兼容性的高分子水凝胶已经在生物应用领域引起了研究者们的持续关注。但是，水凝胶并不能表现出高的机械性能，这限制了其应用的领域，比如在生物韧带、肌腱假体、软体机器人以及制动器方面的应用。为了克服这种限制，并拓展水凝胶的应用，研究者们已经开发出了多种新型的高机械性能的水凝胶，例如：双网络水凝胶，拓扑结构的水凝胶纳米复合水凝胶。其中纳米材料复合水凝胶是通过借助纳米颗粒表面众多的官能团与水凝胶网络之间的相互作用而制备出的，这使得其具有独特而优异的机械性能。
目前的研究中，研究者们使用多种原材料作为基质以合成多功能性的水凝胶，其中天然多糖类的原材料最受研究者们的青睐，这是因为其具有可再生、生物可降解、无毒以及生物相容性等优点。因此，包括淀粉、纤维素、海藻酸钠、壳聚糖、卡拉胶、明胶等在内的各种多糖已经被用来制备多功能性的且环境友好型的水凝胶。在这些多糖中，纤维素及其衍生物又具有独特的优势，它们是自然界最为丰富的天然多糖，因此具有成本低廉、生物可降解性、生物相容性等优点。羟乙基纤维素(HEC)作为纤维素的代表衍生物之一，其具备优良的水溶性和生物相容性。HEC的这些优异的特性使其能被广泛地应用于生物领域。此外，HEC长链上还存在丰富的-OH基团，因此，借助接枝聚合反应，HEC可以被亲水性的烯类单体改性成具有新颖的材料。
发明内容
解决的技术问题：
为了解决传统聚丙烯酰胺水凝胶机械性能较差、生物不相容等缺点，本发明提供了一种羟乙基纤维素/聚丙烯酰胺复合水凝胶的制备方法。
技术方案：
将一定量的丙烯酰胺、羟乙基纤维素、去离子水、四甲基乙二胺混合均匀，不断搅拌使其呈透明状液体。将上述透明状液体置于冰浴环境中，并向其加入少许过硫酸铵做引发剂，充分搅拌后放置在40～60℃的环境中反应8h。
所述的羟乙基纤维素/聚丙烯酰胺复合水凝胶的组分主要为丙烯酰胺、羟乙基纤维素、水、四甲基乙二胺。
所述的羟乙基纤维素分子量没有限制，粘度分布在80～5000mPa·s。
所述的丙烯酰胺、羟乙基纤维素、去离子水、四甲基乙二胺混合液须为透明状液体。
所述的复合水凝胶的制备环境温度为40～60℃
所述的复合水凝胶的含水量控制在78～84％之间。
所述的复合水凝胶中的羟乙基纤维素占固含量的比例控制在3％～13％之间。
所述的羟乙基纤维素在复合水凝胶中取代了传统的交联剂，起到了交联聚合物分子链的作用。
本发明具有以下优点：
(1)本发明所述水凝胶的原料为来源广泛的羟乙基纤维素、丙烯酰胺和水，成本低廉。
(2)本发明所述的用于增强水凝胶的羟乙基纤维素具有生物相容性，环境友好等优点。
(3)本发明所述的羟乙基纤维素/聚丙烯酰胺复合水凝胶相比于普通的传统水凝胶具有更高的弹性。
(4)本发明所述的复合水凝胶含制备环境温度低，固含量低，没有传统化学交联剂的添加，制备方法简单且环保绿色。
附图说明
图1为普通水凝胶与羟乙基纤维素/聚丙烯酰胺复合水凝胶的拉伸测试对比图，如图所示，相比于普通水凝胶较低的断裂伸长率，羟乙基纤维素/聚丙烯酰胺复合水凝胶表现出了更高的断裂伸长率，这表明，该复合水凝胶具有优异的拉伸性能。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合具体实例来进一步说明。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
实施例1：
将3g丙烯酰胺溶解于15mL水溶液中，待丙烯酰胺完全溶解后，向上述溶液中加入0.1g羟乙基纤维素，然后向上述混合液中加入10μL的四甲基乙二胺作为催化剂，冰水浴环境下磁力搅拌均匀到透明状，再加入0.01g过硫酸铵作为引发剂。最后，将上述混合液倒入厚度为2.5mm的聚丙烯模具中并放置在40℃的环境中反应8h。
实施例2：
将3g丙烯酰胺溶解于15mL水溶液中，待丙烯酰胺完全溶解后，向上述溶液中加入0.2g羟乙基纤维素，然后向上述混合液中加入10μL的四甲基乙二胺作为催化剂，冰水浴环境下磁力搅拌均匀到透明状，再加入0.01g过硫酸铵作为引发剂。最后，将上述混合液倒入厚度为2.5mm的聚丙烯模具中并放置在40℃的环境中反应8h。
实施例3：
将3g丙烯酰胺溶解于15mL水溶液中，待丙烯酰胺完全溶解后，向上述溶液中加入0.3g羟乙基纤维素，然后向上述混合液中加入10μL的四甲基乙二胺作为催化剂，冰水浴环境下磁力搅拌均匀到透明状，再加入0.01g过硫酸铵作为引发剂。最后，将上述混合液倒入厚度为2.5mm的聚丙烯模具中并放置在40℃的环境中反应8h。
实施例4：
将3g丙烯酰胺溶解于15mL水溶液中，待丙烯酰胺完全溶解后，向上述溶液中加入0.3g羟乙基纤维素，然后向上述混合液中加入10μL的四甲基乙二胺作为催化剂，冰水浴环境下磁力搅拌均匀到透明状，再加入0.01g过硫酸铵作为引发剂。最后，将上述混合液倒入厚度为2.5mm的聚丙烯模具中并放置在20℃的环境中反应8h。
实施例5：
将3g丙烯酰胺溶解于15mL水溶液中，待丙烯酰胺完全溶解后，向上述溶液中加入0.3g羟乙基纤维素，然后向上述混合液中加入10μL的四甲基乙二胺作为催化剂，冰水浴环境下磁力搅拌均匀到透明状，再加入0.01g过硫酸铵作为引发剂。最后，将上述混合液倒入厚度为2.5mm的聚丙烯模具中并放置在40℃的环境中反应8h。
实施例6：
将3g丙烯酰胺溶解于15mL水溶液中，待丙烯酰胺完全溶解后，向上述溶液中加入0.3g羟乙基纤维素，然后向上述混合液中加入10μL的四甲基乙二胺作为催化剂，冰水浴环境下磁力搅拌均匀到透明状，再加入0.01g过硫酸铵作为引发剂。最后，将上述混合液倒入厚度为2.5mm的聚丙烯模具中并放置在80℃的环境中反应8h。
实施例7：
将3g丙烯酰胺溶解于15mL水溶液中，待丙烯酰胺完全溶解后，向上述溶液中加入0.3g羟乙基纤维素，然后向上述混合液中加入10μL的四甲基乙二胺作为催化剂，冰水浴环境下磁力搅拌均匀到透明状，再加入0.01g过硫酸铵作为引发剂。最后，将上述混合液倒入厚度为2.5mm的聚丙烯模具中并放置在40℃的环境中反应2h。
实施例8：
将3g丙烯酰胺溶解于15mL水溶液中，待丙烯酰胺完全溶解后，向上述溶液中加入0.3g羟乙基纤维素，然后向上述混合液中加入10μL的四甲基乙二胺作为催化剂，冰水浴环境下磁力搅拌均匀到透明状，再加入0.01g过硫酸铵作为引发剂。最后，将上述混合液倒入厚度为2.5mm的聚丙烯模具中并放置在40℃的环境中反应4h。
实施例9：
将3g丙烯酰胺溶解于15mL水溶液中，待丙烯酰胺完全溶解后，向上述溶液中加入0.3g羟乙基纤维素，然后向上述混合液中加入10μL的四甲基乙二胺作为催化剂，冰水浴环境下磁力搅拌均匀到透明状，再加入0.01g过硫酸铵作为引发剂。最后，将上述混合液倒入厚度为2.5mm的聚丙烯模具中并放置在40℃的环境中反应8h。
Claims (9)
1.一种高拉伸性的羟乙基纤维素/聚丙烯酰胺复合水凝胶的制备，其特性是通过以下步骤得到的：
(1)将一定量的丙烯酰胺、羟乙基纤维素、水、四甲基乙二胺混合均匀，不断搅拌使其呈透明状液体。
(2)将上述透明状液体置于冰浴环境中，并向其加入少许过硫酸铵做引发剂，充分搅拌后放置在40～60℃的环境中反应8h。
2.根据权利要求1所述的高拉伸性的羟乙基纤维素/聚丙烯酰胺复合水凝胶，其特征在于：水凝胶的组分主要为聚丙烯酰胺，羟乙基纤维素和去离子水。
3.根据权利要求1所述的高拉伸性的羟乙基纤维素/聚丙烯酰胺复合水凝胶，其特征在于：复合水凝胶制备所使用的羟乙基纤维素对分子量没有要求，但粘度分布在80～5000mPa.s。
4.根据权利要求1所述的高拉伸性的羟乙基纤维素/聚丙烯酰胺复合水凝胶，其特征在于：所述步骤(1)中的混合液需要搅拌至均匀的透明状态。
5.根据权利要求1所述的高拉伸性的羟乙基纤维素/聚丙烯酰胺复合水凝胶，其特征在于：所述步骤(2)中的环境温度为40～60℃。
6.根据权利要求1所述的高拉伸性的羟乙基纤维素/聚丙烯酰胺复合水凝胶，其特征在于：复合水凝胶的含水量控制在78％～84％之间。
7.根据权利要求1所述的高拉伸性的羟乙基纤维素/聚丙烯酰胺复合水凝胶，其特征在于：复合水凝胶中的羟乙基纤维素占固含量的比例控制在3％～13％之间。
8.根据权利要求1所述的高拉伸性的羟乙基纤维素/聚丙烯酰胺复合水凝胶，其特征在于：羟乙基纤维素在复合水凝胶中取代了传统的交联剂，起到了交联聚合物分子链的作用。
9.根据权利要求1所述的高拉伸性的羟乙基纤维素/聚丙烯酰胺复合水凝胶，其特征在于：所制得的羟乙基纤维素/聚丙烯酰胺复合水凝胶表现出了优于传统水凝胶的高弹性。
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