CN110546189B

CN110546189B - 水凝胶的制造方法

Info

Publication number: CN110546189B
Application number: CN201880024579.1A
Authority: CN
Inventors: 裵镇佑
Original assignee: Bltech Co ltd
Current assignee: Bltech Co ltd
Priority date: 2018-03-06
Filing date: 2018-12-17
Publication date: 2022-06-21
Anticipated expiration: 2038-12-17
Also published as: KR101901386B1; WO2019172509A1; CN110546189A

Abstract

本发明涉及一种水凝胶的制造方法，包括：混合包含凝胶化速度调节剂、金属离子交联剂及吸附辅助剂中的至少一种的添加剂和水制备第一混合溶液的步骤；混合所述第一混合溶液和聚丙烯酸盐制备第二混合溶液的步骤；混合甘油及聚丙烯酸酯的混合物和所述第二混合溶液制备第三混合溶液的步骤；反应所述第三混合溶液制备水凝胶溶液的步骤；干燥所述水凝胶溶液获得水凝胶的步骤。

Description

水凝胶的制造方法

技术领域

本发明涉及水凝胶的制造方法。

背景技术

高分子水凝胶(hydrogel)一般广泛用于尿布、隐形眼镜、医疗用电极、细胞培养，作为特殊用途还用于整形材料或土壤水分保存、烧伤伤口用绷带等。

这是通过共价键、氢键、范德华(van der waals)键或物理键等凝聚力完成交联的亲水性高分子，是具备能够在水溶液相状态下在内部包含大量的水进行溶胀的三维高分子网络结构的物质。在这样吸收水的状态下具有与活体组织相似的特性。

包含疏水基添加于亲水基的高分子的物质称之为两亲性水凝胶(hydrogel)或两亲性高分子键(APN)，上述键在对应亲水性键的更小的宽度被溶胀，且在水相状态下溶胀时，疏水性物质的吸收增加。

所形成的水凝胶到90℃为止相当牢固，而且在受到压力之后，迅速重排恢复原来的结构。在上述两亲性高分子的情况下，可应用于药物等Drug Delivery System(DDS)。上述高分子水凝胶(hydrogel)的优点为表面的高分子键的高流动性表现为低表面张力，从水凝胶(hydrogel)内外部使物质传递变得容易。亲水性的扩散表面和软而橡胶质特性可包含大量的水分，表现出高生物相容性。

另外，水凝胶可添加可控制所包含的物质的传递的控释(Controlled Release)和受pH、温度、电场及光的刺激膨胀或收缩的感应性等功能。具备上述特性的水凝胶因具有细胞基质类似的结构、钝性的生物相容性、如橡胶的弹性，且氧气和营养成分的透过性好，从而不仅用于美容、活体医疗，而且还广泛用于制药产业领域。

在现有技术中，利用天然高分子制造水凝胶或将丙烯酸溶解于水之后冷冻干燥制造水凝胶。但是在上述现有技术中，存在粘度、粘接力、张力的调节困难，有效成分的投入存在局限，难以获得所需物性的水凝胶的问题。

发明内容

发明要解决的问题

本发明的目的在于提供一种物体调节容易的水凝胶的制造方法。

解决问题的方法

上述本发明的目的可通过如下方案实现，提供一种水凝胶的制造方法，包括：混合包含凝胶化速度调节剂、金属离子交联剂及吸附辅助剂中的至少一种的添加剂和水制备第一混合溶液的步骤；混合上述第一混合溶液和聚丙烯酸盐制备第二混合溶液的步骤；混合甘油及聚丙烯酸酯的混合物和上述第二混合溶液制备第三混合溶液的步骤；反应上述第三混合溶液制备水凝胶溶液的步骤；干燥上述水凝胶溶液获得水凝胶的步骤。

上述干燥可在加温状态下完成。

在上述水凝胶溶液中可形成有离子交联，通过上述干燥上述离子交联被活化。

上述干燥可包括在40～140℃下进行10分钟～20小时的步骤。

上述干燥可包括在100～140℃下进行10分钟～60分钟的步骤。

上述干燥可包括在40～70℃下进行1小时～20小时的步骤。

上述干燥可利用微波完成。

相对于100重量份的水，上述凝胶化速度调节剂可使用0.01～4重量份，上述金属离子交联剂可使用0.01～4重量份，上述吸附辅助剂可使用0.005～1重量份，上述聚丙烯酸盐可使用1～15重量份，上述甘油可使用3～30重量份，上述聚丙烯酸酯可使用0.5～10重量份。

上述聚丙烯酸酯和上述聚丙烯酸盐的重量比可为1:1～1:6。

上述聚丙烯酸酯的分子量可为100,000～1,000,000，而上述聚丙烯酸盐的分子量可为1,000,000～7,000,000。

上述聚丙烯酸盐可包括丙烯酸钠及丙烯酸钾中的至少一种。

上述金属离子交联剂可包括从氯化铝、氢氧化铝、氯化镁、乙酸铝、乳酸铝及氯化钾中选择的至少一种。

上述凝胶化速度调节剂可包括从EDTA、乙酸、乳酸、草酸、柠檬酸、酒石酸、EDTA-2钠、柠檬酸钙及柠檬酸钠中选择的至少一种。

上述吸附辅助剂可包括高岭土。

发明效果

根据本发明，提供一种物体调节容易的水凝胶的制造方法。

附图说明

图1为本发明的水凝胶的制造方法的顺序图；

图2为实施例中的制造过程中的照片；

图3至图7各为比较例1至比较例5中的制造过程中的照片；

图8为根据热硬化与否的比较照片。

具体实施方式

作为本发明的最佳形式，提供一种水凝胶的制造方法，包括：

混合包含凝胶化速度调节剂、金属离子交联剂及吸附辅助剂中的至少一种的添加剂和水制备第一混合溶液的步骤；混合上述第一混合溶液和聚丙烯酸盐制备第二混合溶液的步骤；混合甘油及聚丙烯酸酯的混合物和上述第二混合溶液制备第三混合溶液的步骤；反应上述第三混合溶液制备水凝胶溶液的步骤；干燥上述水凝胶溶液获得水凝胶的步骤。

实施方式

本发明涉及水凝胶的制造方法。

在本发明的水凝胶的制造方法中，可以使用水、添加剂、聚丙烯酸盐、甘油及聚丙烯酸酯。添加剂可使用凝胶化速度调节剂、金属离子交联剂及/或吸附辅助剂，但不限于此。

水可以使用净化水，可在全部制剂中使用75～95重量％。若水的使用量低于75重量％，则存在交联高分子量相对增加的同时，水凝胶的粘度在30℃下成为大于10万cps的问题。而若水的使用量高于95重量％，则存在交联高分子量相对减少得同时，粘度降低，渗透压或吸收力降低的问题。

相对于水100重量份，凝胶化速度调节剂可使用0.01～4重量份，金属离子交联剂可使用0.01～4重量份，吸附辅助剂可使用0.005～1重量份，聚丙烯酸盐可使用1～15重量份，甘油可使用3～30重量份，聚丙烯酸酯可使用0.5～10重量份。

凝胶化速度调节剂可从EDTA、乙酸、乳酸、草酸、柠檬酸、酒石酸、EDTA-2钠、柠檬酸钙及柠檬酸钠中选择一种以上使用。若凝胶化速度调节剂的含量低于0.01重量份，则存在凝胶化不从分，水凝胶的强度不充分的倾向。若凝胶化速度调节剂的含量超过4重量份，则存在凝胶化反应速度变得过快，凝胶化不均匀，水凝胶的强度变强，从而作业性不充分的倾向。

金属离子交联剂可使用从由氯化铝、氢氧化铝、氯化镁、乙酸铝、乳酸铝及氯化钾构成的组中选择的一种以上。若金属离子交联剂超过4重量份，则因交联度高降低粘接力，而若使用低于0.01重量份，则因凝胶强度低而发生凝胶成分粘在皮肤的现象。

因所制造的水凝胶可用作美容用或伤口治疗用水凝胶薄片，在用于伤口治疗时，可使用对伤口渗出物的吸收起到辅助作用的吸附辅助剂。

作为吸附辅助剂可使用高岭土。高岭土为天然生产的含水硅酸铝，是白色或乳白色的粉末，有轻微的粘土味。不溶解于水及组织液，粉末，可散布于上皮分离、溃疡、创伤面或湿疹等皮肤疾病，起到从外部的刺激保护皮肤，吸附渗出液，促进干燥、结痂的功能。

在本发明中，作为亲水性高分子使用丙烯酸系交联聚合物，使用聚丙烯酸酯及聚丙烯酸盐。聚丙烯酸酯和聚丙烯酸盐的重量比可为1:1～1:6。

丙烯酸系交联聚合物起到交联作用，形成薄膜，以在用于皮肤时，提高贴紧力，维持水费，为水凝胶提供柔和的感触。

聚丙烯酸酯的分子量可为100,000～1,000,000，而聚丙烯酸盐的分子量可为1,000,000～7,000,000。聚丙烯酸盐可使用丙烯酸钠及丙烯酸钾中的任意一种，但不限于此。

若聚丙烯酸酯和聚丙烯酸盐的重量比超过1:1～1:6，则在将水凝胶用于皮肤时，因产生粘度变化而发生水凝胶从皮肤流淌等问题，且因吸收力降低而难以将美容剂或药剂填充于水凝胶中。

若聚丙酸盐使用1重量份以下，则将降低凝胶的强度和弹性。若聚丙酸盐使用15重量份以上，则水凝胶的断裂现象和粘度急剧上升。

若聚丙酸酯使用0.5重量份以下，则因粘性降低而降低凝胶的粘稠度。若聚丙酸酯使用10重量份以上，则水凝胶无法均匀交联反应，发生水凝胶的断裂现象。

甘油不仅起到保湿作用，还起到分散凝胶化高分子的作用。

若甘油低于3重量份以下，则水分容易挥散，难以分散凝胶化高分子，而若超过30重量份，则存在因组合物的粘稠度增加，降低使用感，提高原料单价，降低经济性的问题。

进一步地，在本发明的粘性水凝胶组合物中，可根据需要在适当的步骤追加添加保存剂、香料、表面活性剂、增稠剂等其他添加剂，而上述其他添加剂没有特殊的限制。

水凝胶可根据制造方法制造成薄膜形式，其本身对皮肤的粘接容易，使用后的剥离性好，不会在皮肤上留下异物。

可根据使用需求将水凝胶涂布于支持体以水凝胶薄片的形式使用，此时可通过支持体提高形状维持性及稳定性。

支持体可从纸、无纺布、聚对苯二甲酸乙二酯或聚对苯二甲酸丁二酯、聚萘二甲酸乙二酯、聚乙烯、聚丙烯、聚丁二烯、乙烯乙基丙烯酸酯共聚物及聚氯乙烯薄膜中选择使用。

图1为本发明的水凝胶的制造方法的顺序图。

首先，混合包含凝胶化速度调节剂、金属离子交联剂及吸附辅助剂中的至少一种的添加剂和水制备第一混合溶液(S100)。

接着，混合上述第一混合溶液和聚丙烯酸盐制备第二混合溶液(S200)。

在投入聚丙烯酸酯盐之后投入凝胶化速度调节剂，则可起到适当的作用。

若先于添加物投入聚丙烯酸盐，则固体添加剂凝结不溶解，而液体添加剂变为白色块，不溶于凝胶。另外，若先于添加物投入聚丙烯酸盐，则因不发生凝胶的交联，有可能发生固体化的凝胶从水解离的问题。

之后，混合甘油及聚丙烯酸酯的混合物和上述第二混合溶液制备第三混合溶液(S300)。若不事先混合甘油和聚丙烯酸酯而各自投入，则聚丙烯酸酯不溶解于凝胶，维持固体块的形状。

若先于聚丙烯酸盐投入聚丙烯酸酯，则因粘度增加，丙烯酸盐不溶解于液态的凝胶，维持块状。

另外，若同时投入聚丙烯酸酯和聚丙烯酸盐，则在凝胶中生成不能混合的白色和透明色。

另外，若不使用聚丙烯酸酯，则因不发生凝胶的交联，发生固体化的凝胶从水解离的现象。

之后，反应上述第三混合溶液制备水凝胶溶液(S400)。

以上过程中的混合在50rpm～1300rpm中完成，而温度可为55℃～80℃。

之后，干燥水凝胶溶液获得水凝胶(S500)。

干燥可在升温状态下完成。在水凝胶溶液中，水凝胶中形成有离子交联，若在升温状态下干燥，则离子交联被活化。通过离子交联的活化，将投入水中时，可获得不散开，吸水膨胀的水凝胶。

随着离子交联的活化，水凝胶被热硬化(热干燥)。

升温状态的范围可多样。升温状态的热干燥可在40～140℃下进行10分钟～20小时。具体而言，可包括在100～140℃下进行10分钟～60分钟的步骤，此时可追加在25～35℃下进行10分钟～30分钟。另外，热干燥可在40～70℃下进行1小时～20小时。

上述升温状态的热硬化可通过各种方式执行，例如，可利用微波完成。

所生成的水凝胶可在30℃下具备90,000～100,000cps的粘度。

根据上面说明的本发明，可利用具有高分子量的聚丙烯酸酯及聚丙烯酸盐稳定地制造水凝胶。另外，根据本发明，可通过调节聚丙烯酸酯及聚丙烯酸盐的种类及/或使用量等制造所需物性的水凝胶。

所制得的水凝胶可于作化妆品或医疗的用途。

下面，结合实施例及比较例对本发明进行详细说明。

实施例

称取0.7g的EDTA、0.6g的AlCl₃及0.1g的高岭土至纸过滤器投入500g的净化水，在60℃下以200rpm混合20分钟获得第一混合溶液。

之后投入12g的聚丙烯酸盐，将温度提高70℃，以300rpm混合30分钟获得第二混合溶液。作为聚丙烯酸盐使用丙烯酸钠。

接着，混合20g的甘油和2g的聚丙烯酸酯充分溶解之后，添加第二混合溶液获得第三混合溶液。

将第三混合溶液在70℃下以300rpm反应20分钟之后，在60℃下以300rpm反应20分钟制造水凝胶。

之后在120℃下热硬化20分钟及在30℃下热硬化10分钟。

比较例1

在实施例的方法中，在投入添加物之前，首先投入聚丙烯酸盐。

比较例2

在实施例的方法中，不先混合甘油和聚丙烯酸酯而各自投入。

比较例3

在实施例的方法中，先于聚丙烯酸盐投入聚丙烯酸酯。

比较例4

在实施例的方法中，将聚丙烯酸酯与聚丙烯酸盐同时投入。

比较例5

在实施例的方法中，不使用聚丙烯酸酯。

比较例6

在实施例的方法中，不经过热硬化。

图2表示实施例的制造过程，而图3至图7各表示比较例1至比较例5中的制造过程。

如比较例1所示，在投入添加物之前首先聚丙烯酸盐的情况下，因粉末状的添加物不溶解于聚丙烯酸盐，无法获得所需物性的水凝胶。

如比较例2所示，在不先混合甘油和聚丙烯酸酯而各自投入的情况下，虽然甘油与凝胶化的聚丙烯酸盐混合，但聚丙烯酸酯不凝胶化，无法获得所需物性的水凝胶。

如比较例3所示，在先于分子量相对大的聚丙烯酸盐投入分子量比较小的聚丙烯酸酯的情况下，因在聚丙烯酸酯凝胶化的状态下投入聚丙烯酸盐，聚丙烯酸盐结块，不凝胶化。

如比较例4所示，在将聚丙烯酸酯与聚丙烯酸盐同时投入的情况下，分子量高的聚丙烯酸盐不充分凝胶化而结块。

如比较例5所示，在不使用聚丙烯酸酯的情况下，因不发生通过聚丙烯酸酯的交联，之后通过平整化过程的薄膜形式的凝胶薄片中无法获得所需物性。

图8为在比较例6中根据热硬化与否的比较照片。

如图8的左侧照片所示，在不经过热硬化的情况下，在水中溶解分散，但与此相反，如图8的右侧照片所示，在经过热硬化的情况下，因离子交联得到强化，水凝胶不分散于水，成为吸水膨胀的状态。

上述实施例仅用以说明本发明而不限于此，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明进行修改、变形或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种水凝胶的制造方法，包括：

混合包含凝胶化速度调节剂、金属离子交联剂及吸附辅助剂中的至少一种的添加剂和水以制备第一混合溶液的步骤；

混合所述第一混合溶液和聚丙烯酸盐以制备第二混合溶液的步骤；

混合甘油及聚丙烯酸酯的混合物和所述第二混合溶液以制备第三混合溶液的步骤；

反应所述第三混合溶液以制备水凝胶溶液的步骤；

干燥所述水凝胶溶液以获得水凝胶的步骤，所述干燥在加温状态下完成，在所述水凝胶溶液中形成有离子交联，通过所述干燥所述离子交联被活化。

2.根据权利要求1所述的水凝胶的制造方法，其特征在于：所述干燥包括在40～140℃下进行10分钟～20小时的步骤。

3.根据权利要求2所述的水凝胶的制造方法，其特征在于：所述干燥包括在100～140℃下进行10分钟～60分钟的步骤。

4.根据权利要求2所述的水凝胶的制造方法，其特征在于：所述干燥包括在40～70℃下进行1小时～20小时的步骤。

5.根据权利要求1所述的水凝胶的制造方法，其特征在于：所述干燥利用微波完成。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的水凝胶的制造方法，其特征在于：相对于100重量份的水，所述凝胶化速度调节剂使用0.01～4重量份，所述金属离子交联剂使用0.01～4重量份，所述吸附辅助剂使用0.005～1重量份，所述聚丙烯酸盐使用1～15重量份，所述甘油使用3～30重量份，所述聚丙烯酸酯使用0.5～10重量份。

7.根据权利要求6所述的水凝胶的制造方法，其特征在于：所述聚丙烯酸酯和所述聚丙烯酸盐的重量比为1:1～1:6。

8.根据权利要求7所述的水凝胶的制造方法，其特征在于：所述聚丙烯酸盐包括丙烯酸钠及丙烯酸钾中的至少一种。

9.根据权利要求7所述的水凝胶的制造方法，其特征在于：所述金属离子交联剂包括从氯化铝、氢氧化铝、氯化镁、乙酸铝、乳酸铝及氯化钾中选择的至少一种。

10.根据权利要求7所述的水凝胶的制造方法，其特征在于：所述凝胶化速度调节剂包括从EDTA、乙酸、乳酸、草酸、柠檬酸、酒石酸、EDTA-2钠、柠檬酸钙及柠檬酸钠中选择的至少一种。

11.根据权利要求7所述的水凝胶的制造方法，其特征在于：所述吸附辅助剂包括高岭土。