CN108409925A - 一种有机-无机共价交联水凝胶及其制备方法 - Google Patents

一种有机-无机共价交联水凝胶及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108409925A
CN108409925A CN201810271912.0A CN201810271912A CN108409925A CN 108409925 A CN108409925 A CN 108409925A CN 201810271912 A CN201810271912 A CN 201810271912A CN 108409925 A CN108409925 A CN 108409925A
Authority
CN
China
Prior art keywords
organic
inorganic
preparation
covalent cross
hydrogel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810271912.0A
Other languages
English (en)
Inventor
宋宇飞
龙泳
林长亘
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing University of Chemical Technology
Original Assignee
Beijing University of Chemical Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing University of Chemical Technology filed Critical Beijing University of Chemical Technology
Priority to CN201810271912.0A priority Critical patent/CN108409925A/zh
Publication of CN108409925A publication Critical patent/CN108409925A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F292/00—Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to inorganic materials

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Graft Or Block Polymers (AREA)
  • Polymerisation Methods In General (AREA)

Abstract

本发明公开了一种有机‑无机共价交联水凝胶及其制备方法，该方法首先利用共价修饰，将可聚合的有机基团嫁接到层状水滑石纳米片层上制备有机‑无机杂化材料，再利用自由基聚合，将有机‑无机杂化材料作为共价交联剂，得到高机械强度有机‑无机共价交联水凝胶。相比传统水凝胶，本发明方法得到的水凝胶具有非常优异的机械性能，能拉伸1800％不发生断裂，压缩90％不破裂。

Description

一种有机-无机共价交联水凝胶及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，具体而言，提供了一种高机械强度有机-无机共价交联水凝胶的制备方法。
技术背景
水凝胶，是一类通过凝胶单体或预聚物通过共价或非共价相互作用，连接成三维网状结构的半刚性物质，其最大特征在于表观上为固体，但其内部分子间含有大量的溶剂水。相对于其他材料而言，水凝胶具有很高的含水量，可塑性，生物相容性，结构可调性等诸多特征。目前，水凝胶组织工程、药物靶向释放、仿生技术、3D打印等领域有着非常广泛的研究。
水凝胶含有大量的水，其质地柔软类似于生物体组织，而且大多数制备水凝胶的材料无毒，因此大多数的水凝胶具有良好的组织相容性，是一类理想的生物材料。自20世纪40年代以来，有关水凝胶的合成以及性质的研究和探索就十分活跃。很长一段时间内，水凝胶的研究主要局限在对传统材料进行结构上的有效控制和设计。随着生物学和现代医学的发展，对智能水凝胶的探索及其在组织工程等方面的应用，大大促进和扩大了水凝胶的研究范围。将具有环境敏感性的分子链引入到三维大分子网络结构中，可以极大地影响聚合物水凝胶的形成过程和溶胀动力学，从而扩大了水凝胶的应用领域。除了传统的领域，如补牙齿材料和隐形眼镜材料等，聚合物水凝胶还可用作生物相容性粘合剂，涂敷材料，药物的控制释放体系、人造肌肉、组织工程、细胞培植、生物传感器等。
传统水凝胶通常是利用可聚合类单体和有机连接子如N,N-亚甲基双丙烯酰胺聚合而成，其最大的缺点在于机械性能往往很差：非常脆，易折断等。在传统水凝胶的基础上，人们发展了无机水凝胶，通过在传统水凝胶的基础上物理地掺杂无机材料来增加水凝胶的机械性能，该方法虽然能一定程度上增加水凝胶的机械性能，但是由于无机材料与聚合物之间弱的相互作用力，存在易流失和耐久性差等诸多缺陷。
发明内容
本发明提供了一种具有高机械强度的有机-无机共价交联水凝胶。本发明利用共价的方法将有机-无机杂化材料作为交联剂用于水凝胶的制备，所制得的水凝胶具有非常良好的机械性能。
本发明所述的有机-无机共价交联水凝胶的制备方法包括以下步骤：
1)由三羟甲基氨基甲烷共价修饰水滑石与丙烯酰氯或甲基丙烯酰氯在碱性溶液中反应制备得到表面修饰有可聚合双键的有机-无机杂化材料，水洗，干燥；
2)将步骤1)得到的表面修饰有可聚合双键的有机-无机杂化材料超声分散到水中，分散浓度为0.1-10g/L，然后加入单体、引发剂和催化剂，0-5℃氮气环境下聚合得到有机-无机共价交联水凝胶；所述单体选自丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸、丙烯酸、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵或N-羟甲基丙烯酰胺中的任意一种或几种。
所述引发剂是过硫酸铵或过硫酸钾，所述催化剂是N,N,N’,N’-四甲基乙二胺。
所述碱性溶液为pH值为9-10的碳酸钠-碳酸氢钠缓冲溶液。
所述步骤1)中，三羟甲基氨基甲烷共价修饰水滑石与丙烯酰氯或甲基丙烯酰氯的质量比为1:1-1:3。
所述步骤2)中，单体添加浓度为2-12mol/L，引发剂加入量为单体的摩尔量的0.5-2‰，催化剂加入量为单体的摩尔量的0.25-1‰。
本发明的技术优势：
1)本发明制备得到的水凝胶相比于传统水凝胶具有非常优异的机械性能，能拉伸1800％不发生断裂，压缩90％不破裂。
2)本发明制备方法中制备的表面修饰有可聚合双键的有机-无机杂化材料，尺寸约为20nm，可直接分散在水中，无需像传统水滑石一样进行复杂的剥离程序，并且能够在水中保持悬浮状态，不发生沉降，有利于充分反应和提升反应效率。
具体实施方式
下面介绍本发明的几个实施例，但本发明不受以下实施例的限制。
实施例1
1)将2g三羟甲基氨基甲烷共价修饰镁铝水滑石(Tris-LDH)溶于200mL pH值为9的碳酸钠-碳酸氢钠缓冲溶液中，搅拌2小时，在搅拌情况下加入丙烯酰氯2mL，反应10小时，离心分离，水洗干燥，得到表面修饰有可聚合双键的有机-无机杂化材料；
2)称取步骤1)中制备的表面修饰有可聚合双键的有机-无机杂化材料0.1mg，溶于1mL水中，超声分散得到澄清透明的溶液；降温至4℃，再加入丙烯酰胺100mg，超声分散，通氮气10分钟，加入引发剂过硫酸铵2mg和催化剂N,N,N’,N’-四甲基乙二胺2.5μL，再超声一分钟，静止2小时得到水凝胶。
测试所得到水凝胶的拉伸性能，能拉伸1800％，测试其压缩性能，能压缩90％。
实施例2
1)将10g Tris-LDH溶于200mL pH值为10的碳酸钠-碳酸氢钠缓冲溶液中，搅拌2小时，在搅拌情况下加入丙烯酰氯10mL，反应10小时，离心分离，水洗干燥，得到表面修饰有可聚合双键的有机-无机杂化材料；
2)称取步骤1)中制备的表面修饰有可聚合双键的有机-无机杂化材料0.1mg，溶于1mL水中，超声分散得到澄清透明的溶液；降温至4℃，再加入丙烯酰胺100mg，超声分散，通氮气10分钟，加入引发剂过硫酸铵2mg和催化剂N,N,N’,N’-四甲基乙二胺2.5μL，再超声一分钟，静止2小时得到水凝胶。
测试所得到水凝胶的拉伸性能，能拉伸1800％，测试其压缩性能，能压缩90％。
实施例3
1)将2g Tris-LDH溶于200mL pH值为9的碳酸钠-碳酸氢钠缓冲溶液中，搅拌2小时，在搅拌情况下加入甲基丙烯酰氯2mL，反应10小时，离心分离，水洗干燥，得到表面修饰有可聚合双键的有机-无机杂化材料；
2)称取步骤1)中制备的表面修饰有可聚合双键的有机-无机杂化材料0.1mg，溶于1mL水中，超声分散得到澄清透明的溶液；降温至4℃，再加入丙烯酰胺100mg，超声分散，通氮气10分钟，加入引发剂过硫酸铵2mg和催化剂N,N,N’,N’-四甲基乙二胺2.5μL，再超声一分钟，静止2小时得到水凝胶。
测试所得到水凝胶的拉伸性能，能拉伸1800％，测试其压缩性能，能压缩90％。
实施例4
1)将2g Tris-LDH溶于200mL pH值为9的碳酸钠-碳酸氢钠缓冲溶液中，搅拌2小时，在搅拌情况下加入丙烯酰氯2mL，反应10小时，离心分离，水洗干燥，得到表面修饰有可聚合双键的有机-无机杂化材料；
2)称取步骤1)中制备的表面修饰有可聚合双键的有机-无机杂化材料10mg，溶于1mL水中，超声分散得到澄清透明的溶液；降温至4℃，再加入丙烯酰胺1000mg，超声分散；通氮气10分钟，加入引发剂过硫酸铵2mg和催化剂N,N,N’,N’-四甲基乙二胺2.5μL，再超声一分钟，静止2小时得到水凝胶。
测试所得到水凝胶的拉伸性能，能拉伸1800％，测试其压缩性能，能压缩90％。
实施例5
1)将2g Tris-LDH溶于200mL pH值为9的碳酸钠-碳酸氢钠缓冲溶液中，搅拌2小时，在搅拌情况下加入丙烯酰氯2mL，反应10小时，离心分离，水洗干燥，得到表面修饰有可聚合双键的有机-无机杂化材料；
2)称取步骤1)中制备的表面修饰有可聚合双键的有机-无机杂化材料0.1mg，溶于1mL水中，超声分散得到澄清透明的溶液；降温至4℃，再加入N-异丙基丙烯酰胺100mg，超声分散，通氮气10分钟，加入引发剂过硫酸铵2mg和催化剂N,N,N’,N’-四甲基乙二胺2.5μL，再超声一分钟，静止2小时得到水凝胶。
测试所得到水凝胶的拉伸性能，能拉伸1800％，测试其压缩性能，能压缩90％。
实施例6
1)将2g Tris-LDH溶于200mL pH值为9的碳酸钠-碳酸氢钠缓冲溶液中，搅拌2小时，在搅拌情况下加入丙烯酰氯2mL，反应10小时，离心分离，水洗干燥，得到表面修饰有可聚合双键的有机-无机杂化材料；
2)称取步骤1)中制备的表面修饰有可聚合双键的有机-无机杂化材料0.1mg，溶于1mL水中，超声分散得到澄清透明的溶液；降温至4℃，再加入N-羟甲基丙烯酰胺100mg，超声分散，通氮气10分钟，加入引发剂过硫酸铵2mg和催化剂N,N,N’,N’-四甲基乙二胺2.5μL，再超声一分钟，静止2小时得到水凝胶。
测试所得到水凝胶的拉伸性能，能拉伸1800％，测试其压缩性能，能压缩90％。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种有机-无机共价交联水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)由三羟甲基氨基甲烷共价修饰水滑石与丙烯酰氯或甲基丙烯酰氯在碱性溶液中反应制备得到表面修饰有可聚合双键的有机-无机杂化材料，水洗，干燥；
2)将步骤1)得到的表面修饰有可聚合双键的有机-无机杂化材料超声分散到水中，分散浓度为0.1-10g/L，然后加入单体、引发剂和催化剂，0-5℃氮气环境下聚合得到有机-无机共价交联水凝胶；所述单体选自丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸、丙烯酸、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵或N-羟甲基丙烯酰胺中的任意一种或几种。
2.根据权利要求1所述的有机-无机共价交联水凝胶的制备方法，其特征在于，所述引发剂是过硫酸铵或过硫酸钾，所述催化剂是N,N,N’,N’-四甲基乙二胺。
3.根据权利要求1所述的有机-无机共价交联水凝胶的制备方法，其特征在于，所述碱性溶液为pH值为9-10的碳酸钠-碳酸氢钠缓冲溶液。
4.根据权利要求3所述的有机-无机共价交联水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，三羟甲基氨基甲烷共价修饰水滑石与丙烯酰氯或甲基丙烯酰氯的质量比为1:1-1:3。
5.根据权利要求4所述的有机-无机共价交联水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，单体添加浓度为2-12mol/L，引发剂加入量为单体的摩尔量的0.5-2‰，催化剂加入量为单体的摩尔量的0.25-1‰。
CN201810271912.0A 2018-03-29 2018-03-29 一种有机-无机共价交联水凝胶及其制备方法 Pending CN108409925A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810271912.0A CN108409925A (zh) 2018-03-29 2018-03-29 一种有机-无机共价交联水凝胶及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810271912.0A CN108409925A (zh) 2018-03-29 2018-03-29 一种有机-无机共价交联水凝胶及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108409925A true CN108409925A (zh) 2018-08-17

Family

ID=63133789

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810271912.0A Pending CN108409925A (zh) 2018-03-29 2018-03-29 一种有机-无机共价交联水凝胶及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108409925A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110105483A (zh) * 2019-05-14 2019-08-09 北京化工大学 一种水滑石基双网络纳米复合水凝胶及其制备方法
CN111171342A (zh) * 2020-01-19 2020-05-19 湖南工业大学 一种高强韧自修复荧光双网络水凝胶及其制备方法
CN113527716A (zh) * 2021-07-27 2021-10-22 南昌工程学院 具有强力学性能的双网络复合水凝胶及其制备方法和应用

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101157745A (zh) * 2007-09-11 2008-04-09 浙江大学 一种无机材料表面接枝聚合物的方法
CN101392038A (zh) * 2008-10-27 2009-03-25 浙江大学 聚(丙烯酸-丙烯酰胺)/水滑石高吸水性树脂的制备方法
JP2009127035A (ja) * 2007-11-28 2009-06-11 Kawamura Inst Of Chem Res 有機無機複合ヒドロゲルの製造方法
CN101524630A (zh) * 2009-04-14 2009-09-09 东华大学 以有机/无机杂化微球为交联点的纳米复合凝胶的制备
CN102516479A (zh) * 2011-12-16 2012-06-27 北京师范大学 石墨烯基纳米粒子复合水凝胶及其制备方法
CN103539888A (zh) * 2013-09-11 2014-01-29 郑州轻工业学院 有机无机杂化水凝胶及其制备方法与应用
CN104828918A (zh) * 2015-05-06 2015-08-12 海南大学 一种无机-有机共价型杂化絮凝剂及其制备方法
CN105131213A (zh) * 2015-10-12 2015-12-09 天津工业大学 一种接枝温敏水凝胶的玻璃纤维

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101157745A (zh) * 2007-09-11 2008-04-09 浙江大学 一种无机材料表面接枝聚合物的方法
JP2009127035A (ja) * 2007-11-28 2009-06-11 Kawamura Inst Of Chem Res 有機無機複合ヒドロゲルの製造方法
CN101392038A (zh) * 2008-10-27 2009-03-25 浙江大学 聚(丙烯酸-丙烯酰胺)/水滑石高吸水性树脂的制备方法
CN101524630A (zh) * 2009-04-14 2009-09-09 东华大学 以有机/无机杂化微球为交联点的纳米复合凝胶的制备
CN102516479A (zh) * 2011-12-16 2012-06-27 北京师范大学 石墨烯基纳米粒子复合水凝胶及其制备方法
CN103539888A (zh) * 2013-09-11 2014-01-29 郑州轻工业学院 有机无机杂化水凝胶及其制备方法与应用
CN104828918A (zh) * 2015-05-06 2015-08-12 海南大学 一种无机-有机共价型杂化絮凝剂及其制备方法
CN105131213A (zh) * 2015-10-12 2015-12-09 天津工业大学 一种接枝温敏水凝胶的玻璃纤维

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PYAESONE WIN，等: "Covalenty cross-linked layered double hydroxide nanocomposite hydrogels with ultrahigh water content and excellent mechanical properties", 《CHEMCAL ENGINEERING JOURNAL》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110105483A (zh) * 2019-05-14 2019-08-09 北京化工大学 一种水滑石基双网络纳米复合水凝胶及其制备方法
CN111171342A (zh) * 2020-01-19 2020-05-19 湖南工业大学 一种高强韧自修复荧光双网络水凝胶及其制备方法
CN111171342B (zh) * 2020-01-19 2022-07-05 湖南工业大学 一种高强韧自修复荧光双网络水凝胶及其制备方法
CN113527716A (zh) * 2021-07-27 2021-10-22 南昌工程学院 具有强力学性能的双网络复合水凝胶及其制备方法和应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8940337B2 (en) Transparent bacterial cellulose nanocomposite hydrogels
CN108676178B (zh) 改性多糖水凝胶的制备方法及制备的改性多糖水凝胶
CN108409925A (zh) 一种有机-无机共价交联水凝胶及其制备方法
CN110028681B (zh) 三重形状记忆聚两性电解质水凝胶的制备方法和使用方法
EP1595899B1 (en) Polymer gel containing biocompatible material, dry gel, and process for producing polymer gel
EP2238452A1 (en) Surface functionalisation of plastic optical fibre
CN112375191B (zh) 嵌段共聚物及其制备方法和应用
Gao et al. Preparation of polymethacrylic acid-grafted HEMA/PVP microspheres and preliminary study on basic protein adsorption
CN109939624A (zh) 一种生物相容性涂层可控的核壳型磁性粒子的制备方法
JP3914501B2 (ja) 高分子ゲル複合材及びその製造法
JP2005232402A (ja) 高分子複合体、その延伸物及び高分子複合体の製造方法
US20150247126A1 (en) Method of culturing induced pluripotent stem cell and material for culturing the same
CN103333294B (zh) 一种高强度的抗蛋白质吸附水凝胶及其制备方法和应用
Sun et al. A novel Y-shaped photoiniferter used for the construction of polydimethylsiloxane surfaces with antibacterial and antifouling properties
US11384334B2 (en) Polymer gel for medium, medium, and method and kit for culturing cells
KR20110009763A (ko) 탄소나노튜브를 이용한 ｐＨ 감응형 전도성 하이드로겔 및 이의 제조방법
US7365120B2 (en) Polymer composite, stretched product thereof and production processes therefor
CN109777340B (zh) 一种水中和空气中均能使用的胶黏剂及其制备方法
AU2019276160B2 (en) Bifunctional modified biopolymer based polymers and hydrogels obtainable from such bifunctional modified biopolymer based polymers
CN103755867A (zh) 一种单分散纳米/微米水凝胶微球制备方法
Gritskova et al. Polymer microspheres for replacement of biological carriers in test systems operating on the principle of latex agglutination reaction
JP2005000182A (ja) 血液適合性材料
CN110283282B (zh) 一种功能性毛刷状荧光微球的制备方法
CN114456309B (zh) 一种可重复使用的两性离子医用粘合剂及其制备方法
CN113736012B (zh) 一种新型抗污微针贴片及其制备方法、应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20180817