专利名称：一种高强度天然高分子水凝胶的制备方法
技术领域：
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种高强度天然高分子水凝胶的制备方法。
背景技术：
高分子水凝胶是一种具有三维网络空间结构的并且含水量很高的软、湿性材料， 高分子水凝胶在水中能迅速溶胀，在一定条件下又能脱水，并且能够保持其三维网络结构。 是一种集吸水、保水、缓释于一体并且发展迅速的功能高分子材料。目前，绝大多数天然的或合成的材料制备得到的水凝胶的力学性能都较差，甚至在很低的压力下就发生碎裂。在组织工程中，希望得到的是一种具有生物相容性和生物可降解性的高分子水凝胶来代替人体受损的软组织，在理想情况下，水凝胶具有与该软组织类似的性能，代替软组织在人体中工作，同时水凝胶作为细胞外基质给人体软组织细胞提供一个很好的培育空间，而水凝胶也随着细胞增殖的过程中慢慢降解，当细胞在水凝胶中培育完成后，新的软组织产生。所以就生物降解性而言，天然高分子水凝胶更加适合人体组织工程中的应用。但是力学性能都不好又严重制约了天然高分子水凝胶的应用和发展。所以合成一种高强度的天然高分子水凝胶，并且能够保持天然高分子材料在生物相容性、生物可降解性上的优势，是解决天然高分子水凝胶应用瓶颈的关键所在，但是目前还没有这样的天然高分子水凝胶的制备方法。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种高强度天然高分子水凝胶的制备方法，由此制备方法制备出来的高分子水凝胶克服了力学性能都较差，甚至在很低的压力下就发生碎裂的缺点，由于其含有大量高密度的氢键，所以力学强度和稳定性都很高。为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是一种高强度天然高分子水凝胶的制备方法，步骤如下步骤1 在室温下，将分子量范围为250000-700000，取代度为0. 9的羧甲基纤维素粉末与纯净水按照20 80-30 70范围的质量比混合，搅拌均勻后，在混炼机上混炼 10-20分钟，将混炼后的羧甲基纤维素粉末与纯净水混合物压制成lmm-3mm厚的羧甲基纤维素水凝胶前躯体；步骤2 在室温下，将压制好的羧甲基纤维素水凝胶前躯体在7m0l/L-9m0l/L的柠檬酸溶液中浸泡72小时-96小时，形成羧甲基纤维素水凝胶；步骤3 在室温下，将羧甲基纤维素水凝胶在纯净水中交换至中性得到高强度天然高分子水凝胶。本发明采用的羧甲基纤维素分子链上存在着大量的羧酸根(-coo_)，通过高浓度柠檬酸溶液的浸泡，羧甲基纤维素分子链上的羧酸根接受酸溶液中大量的氢离子(H+)，转变为羧基(-C00H)。羧基与羧基之间可以产生氢键作用，大量的氢键作为交联点将羧甲基纤维素分子链连接起来形成一个三维网状结构，即水凝胶。该水凝胶结构中含有大量的、高密度的氢键，所以力学强度和稳定性都很高。
具体实施例方式
下面结合实施例对本发明作更详细的说明。实施例1 高强度天然高分子水凝胶的制备方法，步骤如下步骤1 在室温下，将分子量范围为250000，取代度为0. 9的羧甲基纤维素粉末与纯净水按照20 80范围的质量比混合，搅拌均勻后，在混炼机上混炼10分钟，将混炼后的羧甲基纤维素粉末与纯净水混合物压制成Imm厚的羧甲基纤维素水凝胶前躯体；步骤2 在室温下，将压制好的羧甲基纤维素水凝胶前躯体在7mol/L的柠檬酸溶液中浸泡72小时，形成羧甲基纤维素水凝胶；步骤3 在室温下，将羧甲基纤维素水凝胶在纯净水中交换至中性得到高强度天然高分子水凝胶。通过三次平行试验测得该实施例所得的高分子水凝胶的破坏强度分别为 919. 7kPa、1031. 6kPa、1027. 9kPa。从试验中测量得到的数据可以证实，该种水凝胶力学性能好。实施例2:高强度天然高分子水凝胶的制备方法，步骤如下步骤1 在室温下，将分子量范围为300000，取代度为0. 9的羧甲基纤维素粉末与纯净水按照25 75范围的质量比混合，搅拌均勻后，在混炼机上混炼15分钟，将混炼后的羧甲基纤维素粉末与纯净水混合物压制成2mm厚的羧甲基纤维素水凝胶前躯体；步骤2 在室温下，将压制好的羧甲基纤维素水凝胶前躯体在8mol/L的柠檬酸溶液中浸泡80小时，形成羧甲基纤维素水凝胶；步骤3 在室温下，将羧甲基纤维素水凝胶在纯净水中交换至中性得到高强度天然高分子水凝胶。通过三次平行试验测得该实施例所得的高分子水凝胶的破坏强度分别为 957. 9kPa、893. 2kPa、815. 3kPa。从试验中测量得到的数据可以证实，该种水凝胶力学性能好。实施例3 高强度天然高分子水凝胶的制备方法，步骤如下步骤1 在室温下，将分子量范围为700000，取代度为0. 9的羧甲基纤维素粉末与纯净水按照30 70范围的质量比混合，搅拌均勻后，在混炼机上混炼20分钟，将混炼后的羧甲基纤维素粉末与纯净水混合物压制成3mm厚的羧甲基纤维素水凝胶前躯体；步骤2 在室温下，将压制好的羧甲基纤维素水凝胶前躯体在9mol/L的柠檬酸溶液中浸泡96小时，形成羧甲基纤维素水凝胶；步骤3 在室温下，将羧甲基纤维素水凝胶在纯净水中交换至中性得到高强度天然高分子水凝胶。
通过三次平行试验测得该实施例所得的高分子水凝胶的破坏强度分别为 937. 6kPa、900. 2kPa、952kPa。从试验中测量得到的数据可以证实，该种水凝胶力学性能好。
权利要求
1.一种高强度天然高分子水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤如下步骤1 在室温下，将分子量范围为250000-700000，取代度为0. 9的羧甲基纤维素粉末与纯净水按照20 80-30 70范围的质量比混合，搅拌均勻后，在混炼机上混炼10-20分钟，将混炼后的羧甲基纤维素粉末与纯净水混合物压制成lmm-3mm厚的羧甲基纤维素水凝胶前躯体；步骤2 在室温下，将压制好的羧甲基纤维素水凝胶前躯体在7m0l/L-9m0l/L的柠檬酸溶液中浸泡72小时-96小时，形成羧甲基纤维素水凝胶；步骤3 在室温下，将羧甲基纤维素水凝胶在纯净水中交换至中性得到高强度天然高分子水凝胶。
2.根据权利要求1所述的高强度天然高分子水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤如下步骤1 在室温下，将分子量范围为250000，取代度为0. 9的羧甲基纤维素粉末与纯净水按照20 80范围的质量比混合，搅拌均勻后，在混炼机上混炼10分钟，将混炼后的羧甲基纤维素粉末与纯净水混合物压制成Imm厚的羧甲基纤维素水凝胶前躯体；步骤2 在室温下，将压制好的羧甲基纤维素水凝胶前躯体在7mol/L的柠檬酸溶液中浸泡72小时，形成羧甲基纤维素水凝胶；步骤3 在室温下，将羧甲基纤维素水凝胶在纯净水中交换至中性得到高强度天然高分子水凝胶。
3.根据权利要求1所述的高强度天然高分子水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤如下步骤1 在室温下，将分子量范围为300000，取代度为0. 9的羧甲基纤维素粉末与纯净水按照25 75范围的质量比混合，搅拌均勻后，在混炼机上混炼15分钟，将混炼后的羧甲基纤维素粉末与纯净水混合物压制成2mm厚的羧甲基纤维素水凝胶前躯体；步骤2 在室温下，将压制好的羧甲基纤维素水凝胶前躯体在8mol/L的柠檬酸溶液中浸泡80小时，形成羧甲基纤维素水凝胶；步骤3 在室温下，将羧甲基纤维素水凝胶在纯净水中交换至中性得到高强度天然高分子水凝胶。
4.根据权利要求1所述的高强度天然高分子水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤如下步骤1 在室温下，将分子量范围为700000，取代度为0. 9的羧甲基纤维素粉末与纯净水按照30 70范围的质量比混合，搅拌均勻后，在混炼机上混炼20分钟，将混炼后的羧甲基纤维素粉末与纯净水混合物压制成3mm厚的羧甲基纤维素水凝胶前躯体；步骤2 在室温下，将压制好的羧甲基纤维素水凝胶前躯体在9mol/L的柠檬酸溶液中浸泡96小时，形成羧甲基纤维素水凝胶；步骤3 在室温下，将羧甲基纤维素水凝胶在纯净水中交换至中性得到高强度天然高分子水凝胶。
全文摘要
一种高强度天然高分子水凝胶的制备方法，采用的羧甲基纤维素分子链上存在着大量的羧酸根(-COO-)，通过高浓度柠檬酸溶液的浸泡，羧甲基纤维素分子链上的羧酸根接受酸溶液中大量的氢离子(H+)，转变为羧基(-COOH)。羧基与羧基之间可以产生氢键作用，大量的氢键作为交联点将羧甲基纤维素分子链连接起来形成一个三维网状结构，即水凝胶。该水凝胶结构中含有大量的、高密度的氢键，所以力学强度和稳定性都很高。
文档编号C08L1/26GK102276854SQ20111019164
公开日2011年12月14日 申请日期2011年7月8日 优先权日2011年7月8日
发明者李振, 郑汶江, 陈咏梅 申请人:西安交通大学