CN112521550A - 一种超分子共聚水凝胶及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超分子共聚水凝胶及其制备方法，首先采用脲胺盐酸盐与丙烯酰氯制备丙烯酰基脲胺(NASC)单体，然后将此单体与丙烯酰胺(AAm)共聚，制备成一种泡水稳定，且具有较高拉伸强度的水凝胶，这种高强水凝胶的制备方法简单，高效，为高强水凝胶的制备提供了一种普适的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种超分子共聚水凝胶及其制备方法，更具体地说，涉及一种以丙烯酰基脲胺(NASC)与丙烯酰胺(AAm)为单体共聚制备的新型高强PNASC-PAAm超分子共聚水凝胶及其制备方法。
背景技术
水凝胶是一种含有大量水的三维网络结构，由于其良好的生物相容性和较高的含水量，其在生物医用领域有着广泛的应用。
根据水凝胶交联方式的不同分为物理水凝胶和化学水凝胶，化学水凝胶是由化学键交联形成的水凝胶，由于化学键较高的稳定性，其形成的水凝胶具有良好的稳定性，但是由于化学交联水凝胶较脆，不利于凝胶的成形加工。物理水凝胶是由氢键等物理相互作用交联形成的水凝胶，由于物理相互作用相对于化学键，键能较低，稳定性较差，因此，其形成的水凝胶力学性能较差，但是由于其良好的可逆性能，物理交联水凝胶具有良好的可逆性，可以实现凝胶的可持续利用，并且物理水凝胶具有良好的韧性。丙烯酰胺水凝胶由于其较低的氢键密度，其泡水不稳定性极大的限制了其应用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种以丙烯酰基脲胺(NASC)与丙烯酰胺(AAm)为单体的新型高强PNASC-PAAm超分子共聚水凝胶。
本发明的目的通过下述技术方案予以实现。
本发明的一种超分子共聚水凝胶及其制备方法，按照下述步骤进行：
将丙烯酰基脲胺(NASC)和丙烯酰胺(AAm)在水和二甲基亚砜的混合溶剂中充分溶解，丙烯酰基脲胺和丙烯酰胺的质量比为(1-5):1，加入光引发剂，在紫外光辐照下由光引发剂引发丙烯酰基脲胺的碳碳双键与丙烯酰胺的碳碳双键进行聚合。
所述丙烯酰基脲胺和丙烯酰胺的固含量为15-30％，优选20-30％，即(丙烯酰基脲胺的质量+丙烯酰胺的质量)/(水的质量+二甲基亚砜的质量)；所述丙烯酰基脲胺和丙烯酰胺的质量比优选为(2-3):1。
所述水和二甲基亚砜的体积比为(3-5):(7-5)，优选3:7。
所述光引发剂的用量为丙烯酰基脲胺和丙烯酰胺总质量的1-2％；所述光引发剂为IRGACURE 1173。
所述反应体系紫外辐照引发聚合40-60min制备成水凝胶，然后将水凝胶浸泡在水中10-15天。
本发明所述的丙烯酰基脲胺(NASC)具有如下所示的分子结构：
现有技术中存在本课题组设计的丙烯酰基甘氨酰胺(NAGA)结构，具有双氢键结构，这种结构在凝胶强度和稳定性的提高上具有重要的作用，但是其模量相对较低。基于这个缺陷，本课题组设计将NAGA中的亚甲基替换成-NH-，增加氢键供体，能够提高氢键的密度，从而提高凝胶的模量，因此本课题组设计了一种新型单体结构，丙烯酰基脲胺(NASC)结构，这种结构由一个酰胺键和一个脲基组成，此单体具有较高的氢键密度，用其与丙烯酰胺共聚制备具有泡水稳定性的高强超分子共聚水凝胶。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种超分子共聚水凝胶及其制备方法，这种水凝胶泡水稳定，且具有较高的拉伸强度，这种高强水凝胶的制备方法简单，高效，为高强水凝胶的制备提供了一种普适的方法。
附图说明
图1是本发明的NASC的核磁图。
图2为共聚水凝胶泡水胀缩图。
图3为PNASC-PAAm共聚凝胶的拉伸曲线。
具体实施方式
下面是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。在原料的选择上，本发明选用的脲胺盐酸盐、丙烯酰胺、丙烯酰氯、乙醚、IRGACURE 1173都可以通过商业渠道购买到。
丙烯酰基脲胺(NASC)的制备：将10-13g脲胺盐酸盐溶解到15-20mL的去离子水中，在冰浴条件下加入60-70mL 2M的K2CO3溶液，然后加入30-40mL乙醚，然后逐滴加入丙烯酰氯(10-11mL)的乙醚溶液(40-50mL)，滴加完之后，在冰浴条件下反应4-5h，反应完之后进行抽滤，将获得的沉淀用水进行洗涤，然后将其溶解到热水中，进行冻干，获得产物丙烯酰基脲胺(NASC)。
将上述制备得到的NASC进行核磁共振氢谱检测，由图1可见，6.21和5.66ppm为双键中质子峰，9.63ppm和7.78ppm分别是两个-NH-的质子峰，5.78ppm为-NH2的质子峰,由此证明成功合成了NASC单体。
PNASC-PAAm超分子共聚水凝胶的制备：将固含量设定为15-30％，固含量为NASC与AAm质量总和与溶剂的比值，将一定量的NASC和AAm溶解到水和DMSO的混合溶剂中，涡旋2-3min，使单体充分溶解，加入光引发剂IRGACURE 1173，混合均匀后转移到模具中，紫外辐照40-60min，之后将凝胶浸泡在水中10-15天，泡水完全后对其胀缩比进行拍照记录，原料配比如表1所示：
表1不同固含量共聚水凝胶投料比
如表1所示：分别配置不同浓度的单体的DMSO/H2O混合溶液，加入光引发剂，在紫外交联仪中辐照40-60min，然后将获得的凝胶浸泡在水溶液中10-15天，待泡水平衡之后，对其胀缩比进行拍照对比。由图2可见，凝胶发生了不同程度的收缩，且能够在水中保持长期稳定不会发生溶胀，表明水凝胶具有较高的泡水稳定性。我们利用拉力机对不同固含量共聚凝胶的力学性能进行测试，由表2和图3可见，杨氏模量为0.1-0.15MPa，断裂强度为0.72-1.76MPa，均随着固含量的增加而提高，断裂伸长率为978-1055％，随着固含量的提高而降低。上述结果表明，本发明成功制备了一种高强超分子共聚水凝胶。
表2不同固含量共聚水凝胶的力学数据
根据本发明内容记载的工艺参数进行制备方法的调整，均可实现超分子水凝胶的制备，且表现出与实施例基本一致的性能。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种超分子共聚水凝胶，其特征在于：由下述步骤制备得到：将丙烯酰基脲胺和丙烯酰胺在水和二甲基亚砜的混合溶剂中充分溶解，水和二甲基亚砜的体积比为(3-5):(7-5)，丙烯酰基脲胺和丙烯酰胺的质量比为(1-5):1，丙烯酰基脲胺和丙烯酰胺的固含量为15-30％；加入光引发剂，在紫外光辐照下由光引发剂引发丙烯酰基脲胺的碳碳双键与丙烯酰胺的碳碳双键进行聚合。
2.根据权利要求1所述的超分子共聚水凝胶，其特征在于：所述丙烯酰基脲胺和丙烯酰胺的固含量为20-30％；所述丙烯酰基脲胺和丙烯酰胺的质量比优选为(2-3):1。
3.根据权利要求1所述的超分子共聚水凝胶，其特征在于：所述水和二甲基亚砜的体积比为3:7。
4.根据权利要求1所述的超分子共聚水凝胶，其特征在于：所述光引发剂的用量为丙烯酰基脲胺和丙烯酰胺总质量的1-2％；所述光引发剂为IRGACURE 1173。
5.根据权利要求1所述的超分子共聚水凝胶，其特征在于：所述反应体系紫外辐照引发聚合40-60min制备成水凝胶，然后将水凝胶浸泡在水中10-15天。
6.一种超分子共聚水凝胶的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：将丙烯酰基脲胺和丙烯酰胺在水和二甲基亚砜的混合溶剂中充分溶解，水和二甲基亚砜的体积比为(3-5):(7-5)，丙烯酰基脲胺和丙烯酰胺的质量比为(1-5):1，丙烯酰基脲胺和丙烯酰胺的固含量为15-30％；加入光引发剂，在紫外光辐照下由光引发剂引发丙烯酰基脲胺的碳碳双键与丙烯酰胺的碳碳双键进行聚合。
7.根据权利要求6所述的超分子共聚水凝胶的制备方法，其特征在于：所述丙烯酰基脲胺和丙烯酰胺的固含量为20-30％；所述丙烯酰基脲胺和丙烯酰胺的质量比优选为(2-3):1。
8.根据权利要求6所述的超分子共聚水凝胶的制备方法，其特征在于：所述水和二甲基亚砜的体积比为3：7。
9.根据权利要求6所述的超分子共聚水凝胶的制备方法，其特征在于：所述光引发剂的用量为丙烯酰基脲胺和丙烯酰胺总质量的1-2％；所述光引发剂为IRGACURE 1173。
10.根据权利要求6所述的超分子共聚水凝胶的制备方法，其特征在于：所述反应体系紫外辐照引发聚合40-60min制备成水凝胶，然后将水凝胶浸泡在水中10-15天。
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