一种光聚合水凝胶及其快速固化制备方法和应用

本发明涉及一种光聚合水凝胶及其快速固化制备方法和应用，属于水凝胶的工业化生产领域。

背景技术：

1、水凝胶作为一种三维网络结构的高分子材料，因其能在水中吸收和保持大量水分而被广泛应用于各个领域，如生物医学、组织工程、环境保护、化妆品等。传统的水凝胶制备方法主要包括化学反应和物理交联过程。化学反应通常涉及交联剂与单体之间的反应，如紫外光引发聚合、热引发聚合等。物理交联过程则主要通过物理作用，如渗透压、热力学等使高分子链相互交联形成网络结构。

2、然而，这些传统方法在实际应用中存在一定的局限性。例如，化学反应往往需要较长的固化时间，导致生产效率低下。物理交联过程也存在一定的局限性，如交联程度不易控制，容易导致水凝胶的机械性能不足或过于坚硬。此外，这些方法在制备过程中可能需要复杂的实验条件和设备，限制了其在工业化生产中的应用。

3、针对上述问题，研究人员提出了一些改进的制备方法。如通过优化交联剂和单体的比例，提高聚合反应的速率，从而缩短固化时间。另外，利用纳米技术，将纳米颗粒引入水凝胶体系中，可以实现快速交联和增强水凝胶的机械性能。然而，这些方法仍然存在一定的局限性，如固化时间依然偏长，需要配合一定温度条件，成本较高、实验条件较复杂等。

4、因此，为了解决上述技术问题，开发一种常温下实现快速、简便的水凝胶制备的方法具有重要意义。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的第一目的是提供一种光聚合水凝胶，本发明的第二目的是提供一种快速固化制备该光聚合水凝胶的方法，本发名的第三目的是提供该光聚合水凝胶用于各种生物医学领域、药物释放或组织工程。

2、技术方案：本发明的一种快速固化制备光聚合水凝胶的方法，包括以下步骤：

3、将水、纳米级tio2、丙烯酰胺(aam)、交联剂和光引发剂混合；在紫外光照射下快速聚合形成光聚合水凝胶。

4、进一步地，其特征在于，所述纳米级tio2的粒径为5-40nm，优选5-10nm。

5、进一步地，其特征在于，所述光引发剂为光引发剂784或2-羟基-4’-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮，优选2-羟基-4’-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮。

6、进一步地，其特征在于，所述交联剂为n，n’-亚甲基双丙烯酰胺(mba)或聚乙二醇二丙烯酸酯。

7、进一步地，其特征在于，所述紫外光的波长为280-400nm，优选400nm，紫外强度为3000-6000w，优选3000w。

8、进一步地，其特征在于，所述水、纳米级tio2、丙烯酰胺(aam)、交联剂和光引发剂的质量比为100：1-20：40-80：0.1-0.4：1-3，优选100：20：60：0.2：2。

9、进一步地，其特征在于，所述快速聚合是在室温下，聚合时间小于20min。

10、本发明所述制备方法得到的光聚合水凝胶。

11、本发明所述光聚合水凝胶用于各种生物医学领域、环保领域或组织工程领域。

12、进一步地，所述环保领域为水污染控制或废气处理，所述生物医学领域为生物医药、生物材料或生物力学，所述组织工程领域为皮肤组织工程或骨骼组织工程。

13、有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：

14、(1)快速制备：本发明能够在室温条件下将水凝胶的固化时间从数小时缩短至4分钟以内，提高了生产效率。相比传统的水凝胶制备方法，本发明的方法可以节省大量的时间和能源成本。

15、(2)简便操作：本发明的制备过程简单，易于控制和操作，无需复杂的设备和条件，降低了技术门槛和操作难度。这使得本发明的方法更适合于大规模工业化生产。

16、(3)可调节性能：通过调整原料配比和制备条件，本发明可以实现水凝胶的不同功能和性能，如机械强度、降解速率、孔隙结构等，以满足不同应用领域的需求。

17、(4)环境友好：本发明采用的光聚合方法相比传统的化学交联方法，减少了有害化学物质的使用和排放，更加环保和可持续。

18、(5)广泛应用前景：本发明的水凝胶制备法适用于多种领域，如环境保护、生物医学工程、药物传递系统、生物传感器等，具有广泛的应用前景和市场需求。

技术特征：

1.一种快速固化制备光聚合水凝胶的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述快速固化制备光聚合水凝胶的方法，其特征在于，所述纳米级tio2的粒径为5-40nm。

3.根据权利要求1所述快速固化制备光聚合水凝胶的方法，其特征在于，所述光引发剂为光引发剂784或2-羟基-4’-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮。

4.根据权利要求1所述快速固化制备光聚合水凝胶的方法，其特征在于，所述交联剂为n，n’-亚甲基双丙烯酰胺或聚乙二醇二丙烯酸酯。

5.根据权利要求1所述快速固化制备光聚合水凝胶的方法，其特征在于，所述紫外光的波长为280-400nm，紫外强度为3000-6000w。

6.根据权利要求1所述快速固化制备光聚合水凝胶的方法，其特征在于，所述水、纳米级tio2、丙烯酰胺、交联剂和光引发剂的质量比为100：1-20：40-80：0.1-0.4：1-3。

7.根据权利要求1所述快速固化制备光聚合水凝胶的方法，其特征在于，所述快速聚合是在室温下，聚合时间小于20min。

8.权利要求1-7任一项所述制备方法得到的光聚合水凝胶。

9.权利要求8所述光聚合水凝胶用于各种生物医学领域、环保领域或组织工程领域。

10.权利要求9所述的应用，其特征在于，所述环保领域为水污染控制或废气处理，所述生物医学领域为生物医药、生物材料或生物力学，所述组织工程领域为皮肤组织工程或骨骼组织工程。

技术总结
本发明公开了一种光聚合水凝胶及其快速固化制备方法和应用。采用水、纳米级二氧化钛和丙烯酰胺为主体原料，加入交联剂和光引发剂，在紫外线照射下快速固化得到。本发明能够在室温条件下将水凝胶的固化时间从数小时缩短至4分钟以内，提高了生产效率。制备过程简单，易于控制和操作，无需复杂的设备和条件，降低了技术门槛和操作难度，适合于大规模工业化生产。制备的水凝胶使用的原料均具有良好的生物相容性和稳定性，适合用于环境保护、生物医学、组织工程等领域。

技术研发人员：周鸿玮,周佳,唐宇辉,田宝霞,时号,谭中标,辛娅,王殿龙
受保护的技术使用者：淮阴工学院
技术研发日：
技术公布日：2024/5/29