海藻酸盐基水凝胶的制备及其性能研究

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海藻酸钠水凝胶具有优异的生物相容性和吸水保湿性,且原料来源广、安全无毒、可降解,在生物材料方面具有越来越广泛的应用。但是海藻酸钠水凝胶具有凝胶可控性差,机械强度低的缺点,在单独使用时往往难以满足人们对材料的实际应用要求,这极大地限制了其应用范围。通过互穿网络技术(IPN)将合成高分子和海藻酸钠复合制备高性能水凝胶,不仅能克服海藻酸钠水凝胶在单独使用时的缺陷,还可以将两者的优点结合,从而制备得到结构可控、生物相容性良好以及功能性质优良的水凝胶材料。采用具有良好生物稳定性的丙烯酰胺(AAm)作为海藻酸钠(SA)的半互穿组分,以N,N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)作为AAm的共价交联剂,过硫酸铵(APS)为引发剂,四甲基乙二胺(TEMED)为助引发剂,通过自由基聚合法可以制备得到聚丙烯酰胺/海藻酸钠(PAAm/SA)半互穿网络水凝胶。综合考虑水凝胶的平衡溶胀比和拉伸性能,得到PAAm/SA水凝胶的最佳制备工艺:海藻酸钠含量为2wt%,丙烯酰胺含量为18wt%时,MBA、APS和TEMED的用量分别为AAm的0.04wt%、0.6wt%和0.8wt%时,水凝胶具有优异的吸水溶胀性和拉伸性能。Ca2+可以和SA的G单元形成“蛋盒”结构,通过对PAAm/SA水凝胶浸泡含有乙醇的氯化钙(CaCl2)溶液可以制备得到聚丙烯酰胺/海藻酸钙(PAAm/CA)互穿网络水凝胶。通过对PAAm/CA水凝胶外观形态和微观形貌的观察可知:Ca2+对SA分子链进行离子交联的同时乙醇对离子交联过程中水凝胶的溶胀度具有控制作用,且乙醇对离子交联程度没有消极影响。氯化钙和乙醇的协同作用使得水凝胶的多孔网络结构更加均匀、规整,网络孔径减少,孔密度增加,水凝胶网络结构的改善对其力学性能具有积极的影响。当离子交联溶液中含有4wt%氯化钙和30wt%乙醇时,两者协同作用形成的PAAm/CA互穿网络水凝胶具有光滑、规整的表观形貌,其拉伸强度可以由未进行离子交联时的248kPa提高到624kPa。在SA中引入聚乙烯醇(PVA),通过互穿网络技术将Ca2+交联的SA和冻融循环交联的PVA结合可以形成聚乙烯醇/海藻酸钙(PVA/CA)互穿网络水凝胶。钙离子原位释放法和冻融循环法的有效结合,可以克服浸泡CaCl2法交联不均匀的缺点,制备得到的PVA/CA水凝胶交联更加均匀,具有均一规整且孔隙率较高的多孔结构。当Ca2+用量为10m M,冻融循环≧4次时,水凝胶的多孔网络结构均匀规整,孔洞相互贯通,孔隙率较高。交联均匀的三维网络结构为水凝胶优异的吸水保湿性提供了稳固的结构基础,也使得水凝胶可以保持良好的力学弹性。
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