一種超高強(qiáng)度的聚氨酯脲超分子水凝膠及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超高強(qiáng)度的聚氨酯脲超分子水凝膠及其制備方法：同時(shí)加入聚乙二醇（PEG）、聚酯二元醇（PBA）、親水型擴(kuò)鏈劑二羥甲基丁酸（DMBA）以及二異氰酸酯，反應(yīng)一定時(shí)間后用小分子擴(kuò)鏈劑如1,4丁二醇（BDO）擴(kuò)鏈，最后用水作為擴(kuò)鏈劑進(jìn)一步擴(kuò)鏈，得到產(chǎn)物。其中，PEG︰聚酯二元醇︰DMBA︰BDO︰二異氰酸酯︰H2O的摩爾比為2.5∶2.5︰4∶5∶X︰X-14。本發(fā)明提供的聚氨酯脲水凝膠具有超高的拉伸強(qiáng)度，達(dá)到3.3-34MPa，其拉伸斷裂伸長(zhǎng)率為695-2411%。該水凝膠還具有形狀記憶的功能特點(diǎn)，并可采用靜電或熔融紡絲制備纖維。
【專利說明】一種超高強(qiáng)度的聚氨酯脲超分子水凝膠及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及功能高分子材料和超分子化學(xué)領(lǐng)域，具體涉及的是一種超高強(qiáng)度的聚氨酯脲超分子水凝膠及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]水凝膠是化學(xué)或物理交聯(lián)的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高分子，不溶于水，但能吸收大量的水或生物體液，并在溶脹之后能夠繼續(xù)保持其原有結(jié)構(gòu)。超分子水凝膠是一種由氫鍵、疏水聚集作用力、離子鍵、主-客體相互作用力等非共價(jià)鍵力交聯(lián)的具有不溶于水但可被水溶脹的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)功能高分子材料。這種動(dòng)態(tài)可逆、非共價(jià)交聯(lián)的特性賦予超分子水凝膠諸多的優(yōu)異性能，如刺激響應(yīng)性凝膠-溶膠轉(zhuǎn)變行為及自修復(fù)性能等。但由于弱的非共價(jià)鍵力特點(diǎn)，超分子水凝膠多呈果凍或漿糊狀，往往表現(xiàn)出弱且脆的物理機(jī)械特性，使其諸多潛在應(yīng)用大為受限。因此，生物及化學(xué)家們一直致力于提高和控制水凝膠的機(jī)械性能，努力使其可以應(yīng)用在醫(yī)療設(shè)備、藥物傳遞系統(tǒng)和組織器官等方面。
[0003]聚氨酯是一類具有良好血液相容性和生物相容性的功能高分子材料。它由軟鏈段和硬鏈段交替組成，因而通過選擇適當(dāng)?shù)能?、硬鏈段結(jié)構(gòu)及其比例，可以合成出具有良好的物理機(jī)械性能，如優(yōu)良的韌性和彈性的高分子材料，是制作各類彈性體制品的首選材料。然而，與其它類型的超分子水凝膠一樣，聚氨酯水凝膠的機(jī)械性能也很差。因此，如何制備出高性能的聚氨酯水凝膠具有重要的理論意義與應(yīng)用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的以上問題，提供一種超高強(qiáng)度的聚氨酯脲超分子水凝膠的制備方法，所得的水凝膠具有優(yōu)良機(jī)械性能且可進(jìn)行靜電紡絲。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
一種超高強(qiáng)度的聚氨酯脲超分子水凝膠，水凝膠為聚乙二醇、聚酯二元醇、親水型擴(kuò)鏈劑、二異氰酸酯、小分子擴(kuò)鏈劑，以及水的共聚物，其結(jié)構(gòu)示意式為:
【權(quán)利要求】
1.一種超高強(qiáng)度的聚氨酯脲超分子水凝膠，其特征在于:水凝膠為聚乙二醇、聚酯二元醇、親水型擴(kuò)鏈劑、二異氰酸酯、小分子擴(kuò)鏈劑，以及水的共聚物，其結(jié)構(gòu)示意式為:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高強(qiáng)度的聚氨酯脲超分子水凝膠，其特征在于:其拉伸斷裂伸長(zhǎng)率為695 - 2411 %、拉伸強(qiáng)度為3.3 - 34 MPa。
3.一種超高強(qiáng)度的聚氨酯脲超分子水凝膠的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟I)將聚乙二醇、聚酯二元醇、親水型擴(kuò)鏈劑溶解于溶劑中，再加入二異氰酸酯和催化劑，PEG:聚酯二元醇:親水型擴(kuò)鏈劑:二異氰酸酯的摩爾比為2.5: 2.5: 4: X，在溫度為70 - 80 °C的條件下反應(yīng)2-4小時(shí)；步驟2)按摩爾比PEG:聚酯二元醇:親水型擴(kuò)鏈劑:二異氰酸酯:小分子擴(kuò)鏈劑=2.5: 2.5: 4: X: 5加入小分子擴(kuò)鏈劑，在溫度為50 - 70 °C，攪拌反應(yīng)1-2小時(shí)；步驟3)按PEG:聚酯二元醇:親水型擴(kuò)鏈劑:二異氰酸酯:小分子擴(kuò)鏈劑:H2O的摩爾比為2.5: 2.5: 4: X: 5: X-14，加入擴(kuò)鏈劑水，在溫度為50 - 60 °C，攪拌反應(yīng)16-72小時(shí)； 步驟4)反應(yīng)結(jié)束后將產(chǎn)物倒入模具中成型，待溶劑揮發(fā)后，在蒸餾水中溶脹直至達(dá)到溶脹平衡，得到產(chǎn)物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超高強(qiáng)度的聚氨酯脲超分子水凝膠的制備方法，其特征在于:步驟I)中所述溶劑為丙酮。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超高強(qiáng)度的聚氨酯脲超分子水凝膠的制備方法，其特征在于:步驟I)中所述溶劑為二甲基甲酰胺、氯仿、二氯甲烷、二氯乙烷中的一種或一種以上，步驟3中得到的產(chǎn)物置于乙醚中沉淀，得到白色絮狀固體，干燥后溶于丙酮中，倒入模具中成型，待溶劑揮發(fā)完后，在蒸餾水中溶脹直至達(dá)到溶脹平衡，從而得到聚氨酯脲水凝膠。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超高強(qiáng)度的聚氨酯脲超分子水凝膠的制備方法，其特征在于:所述聚乙二醇的分子量為1000~6000 g/mol、聚酯二元醇的分子量為1000~6000 g/mol，所述催化劑為CT-E229、辛酸亞錫、二月桂酸二丁基錫中的一種或一種以上。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超高強(qiáng)度的聚氨酯脲超分子水凝膠的制備方法，其特征在于:所述聚酯二元醇為聚己二酸-1，4-丁二醇酯、聚己二酸-1，6-丁二醇酯、聚ε -己內(nèi)酯、聚碳酸酯二元醇、聚四氫呋喃醚中的一種或一種以上。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超高強(qiáng)度的聚氨酯脲超分子水凝膠的制備方法，其特征在于:所述二異氰酸酯為脂肪族的二異氰酸酯ONC-(CH2)4-NC0、ONC-(CH2)6-NCO (HDI),ONC-(CH2)8-NCO, ONC-(CH2)12-NCOu, 5- 二異氰酸_2_甲基戊烷中的一種或一種以上，或?yàn)橹h(huán)族的二異氰酸酯
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超高強(qiáng)度的聚氨酯脲超分子水凝膠的制備方法，其特征在于:所述小分子擴(kuò)鏈劑為1，4 丁二醇(BDO)、HO- (CH2) 2_0H、H2N
【文檔編號(hào)】C08G18/66GK103992458SQ201410046298
【公開日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年6月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月11日
【發(fā)明者】黃鶴, 郭明雨, 鄧超 申請(qǐng)人:蘇州大學(xué)