可降解环境敏感水凝胶及其制法和用途 【技术领域】
本发明涉及可降解环境敏感水凝胶及其制法和用途，属高分子化学领域。
背景技术
到目前为止，由合成方法制备的水凝胶主要是聚(N-异丙基丙烯酰胺)和聚丙烯酸及衍生物类水凝胶。它们都是由乙烯类单体经加聚反应得到的水凝胶，单体之间均通过碳碳键相接，化学稳定性强，难以发生生物降解和环境降解，应用范围受到限制。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一类可降解环境敏感水凝胶及其制备方法和用途。
本发明提供的技术方案是：可降解环境敏感水凝胶，由聚乳酸与环氧化合物通过共聚合反应生成，其化学结构中含有聚乳酸和聚环氧化物的亚结构单元；结构式为：
其中，R＝交联聚环氧化物；M＝钠离子或钾离子。l、m、n、r＝共聚物中各片段聚合物的相对摩尔分数，l+m+n+r＝1。其中，l＝0-0.4，m＝0-0.4，l+m＝0.01-0.4；n+r＝0.6-0.99。p、q＝共聚物各侧链上聚乳酸的相对摩尔分数，p+q＝1，其中p＝0-1，q＝0-p。
上述水凝胶中的聚乳酸为聚(D，L-乳酸)、聚(L-乳酸)、聚(D-乳酸)、聚(meso-乳酸)以及它们的共聚物、共混物和立体复合物中的一种；聚合度为1-10,000。其化学结构符合如下通式：
上述水凝胶中的聚乳酸共聚物、共混物分别由2种或2种以上聚(D，L-乳酸)、聚(L-乳酸)、聚(D-乳酸)、聚(meso-乳酸)组成；立体复合物由聚(L-乳酸)和聚(D-乳酸)组成。每个组分的摩尔分数从0.01-0.99。
上述水凝胶中的R＝交联聚环氧化物，结构式为：
x、y＝交联聚环氧化物中两个重复结构单元的相对摩尔分数，x+y＝1，其中x＝0-1，y＝1-x。
上述水凝胶中的环氧化合物的结构式为：
上述水凝胶结构中全部或部分聚乳酸以聚乳酸钠和聚乳酸钾地方式存在；聚乳酸钠与聚乳酸钾的相对比例从100∶0到0∶100。
本发明还提供了上述水凝胶的制备方法，将聚乳酸与环氧化合物混合，加入30wt％--50wt％无机碱水溶液后在0℃-120℃进行共聚合反应2-20小时。聚合产物放入索氏提取器中，以95wt％乙醇为溶剂除去未反应的单体及杂质，真空干燥，即得可降解环境敏感水凝胶。
上述无机碱为氢氧化钠、氢氧化钾以及碱性无机盐碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠和碳酸氢钾。
上述水凝胶结构中聚乳酸和聚环氧化物亚结构单元之间通过由聚乳酸和环氧化合物开环聚合后生成的酯键和醚键连结，其中酯键可通过水解、酶解等一系列化学反应被断开而导致水凝胶的降解，最终降解产物为乳酸和乙二醇衍生物。因此本发明的水凝胶可作为生物可降解材料在药物控制释放、组织工程、土壤蓄水或沙漠治理等领域中应用。
本发明所用的主要原料聚乳酸可由乳酸直接缩聚而成。乳酸由淀粉生物发酵制备，属可再生资源。由于本发明制备水凝胶的原料来源丰富、制备方法比较简单，无需高温、高压和高真空等条件，因此本发明涉及的水凝胶制备成本较低。本发明涉及的可降解环境敏感水凝胶具有优良的吸水性能，其溶胀行为随着环境酸碱度和有机溶剂的变化可自动调节并可降解，在农业、环境和生物医学等诸多领域将具有广阔的应用前景。
【具体实施方式】
以下通过实施例对本发明作详细说明。
实施例1：在装有机械搅拌的圆底烧瓶中加入50克D，L-聚乳酸(n＝80-100)与400毫升环氧氯丙烷，充分搅拌后，加入100克氢氧化钠水溶液(50wt％)，搅拌加热，在80℃反应5小时，得到白色凝胶。将白色凝胶放入索氏提取器中，用95％乙醇将白色凝胶中未反应的单体及杂质除去，真空干燥，得聚乳酸水凝胶，收率为95％。其吸水率为50。
实施例2：在装有机械搅拌的圆底烧瓶中加入35克D，L-聚乳酸(n＝20-30)与300毫升环氧氯丙烷，充分搅拌后，100克氢氧化钾水溶液(50wt％)，搅拌加热，控制反应在100℃下进行10小时，得到白色凝胶。将白色凝胶放入索氏提取器中，用95wt％乙醇将白色凝胶中未反应的单体及杂质除去，真空干燥，得聚乳酸水凝胶，收率为94％。其吸水率为200。
实施例3：在装有机械搅拌的圆底烧瓶中加入20克聚(meso-乳酸)(n＝20-30)与100毫升环氧氯丙烷，充分搅拌后，加入50克50wt％的氢氧化钠和75克氢氧化钾水溶液，搅拌加热，控制反应在80℃下进行8小时，得到白色凝胶。将白色凝胶放入索氏提取器中，用95％乙醇将白色凝胶中未反应的单体及杂质除去，真空干燥，得聚乳酸水凝胶，收率为94％。其吸水率为1500。
实施例4：在装有机械搅拌的圆底烧瓶中加入50克L-聚乳酸(n＝10-20)与400毫升环氧氯丙烷，充分搅拌后，加入150毫升碳酸钠水溶液(30wt％)，搅拌加热，控制反应在120℃下进行8小时，得到白色凝胶。将白色凝胶放入索氏提取器中，用95wt％乙醇将白色凝胶中未反应的单体及杂质除去，真空干燥，得聚乳酸水凝胶，收率为98％。其吸水率为1000。
实施例5：在装有机械搅拌的圆底烧瓶中加入50克D-聚乳酸(n＝100-120)与400毫升环氧氯丙烷，充分搅拌后，加入150克碳酸钾水溶液(30wt％)，搅拌加热，控制反应在120℃下进行15小时，得到白色凝胶。将白色凝胶放入索氏提取器中，用95wt％乙醇将白色凝胶中未反应的单体及杂质除去，真空干燥，得聚乳酸水凝胶，收率为95％。其吸水率为500。其吸水率为800。
实施例6：按实施例1的投料量加入L-聚乳酸(n＝10-20)与环氧氯丙烷，充分搅拌后，加入100克50wt％氢氧化钠水溶液，控制反应在120℃下进行12小时，得到白色凝胶。提纯后的水凝胶在pH＝7条件下充分溶胀。溶胀后的水凝胶在pH＝3条件下发生快速去溶胀。调整水溶液的pH值，溶胀与去溶胀过程可反复进行。
实施例8：在装有机械搅拌的圆底烧瓶中加入50克D，L-聚乳酸/L-聚乳酸共聚物(n＝1000)与400毫升环氧氯丙烷，充分搅拌后，加入100克50％氢氧化钠水溶液，控制反应在120℃下进行20小时，得到白色凝胶。提纯后的水凝胶在水中充分溶胀。溶胀后的水凝胶在70wt％乙醇水溶液中发生快速去溶胀。水与70wt％乙醇水溶液交替使用时，溶胀与去溶胀过程可反复进行。
实施例9：通过乳酸缩聚制备得到聚乳酸，聚合度n＝10-20。按实施例1的投料量将此聚乳酸与环氧氯丙烷充分搅拌后，加入100克50wt％氢氧化钠水溶液，控制反应在120℃下进行12小时，得到白色凝胶。提纯后的水凝胶在pH＝7条件下浸泡5天后开始降解。20天后观察不到水凝胶的存在。
实施例10：按实施例1的投料量加入L-聚乳酸(n＝10-20)与环氧氯丙烷，充分搅拌后，加入100克50wt％氢氧化钠水溶液，控制反应在120℃下进行12小时，得到白色凝胶。提纯后的水凝胶在pH＝3条件下充分去溶胀后经冷冻干燥脱水。得到的白色固体碾成粉状后与布洛芬原药充分混合。布洛芬在混合物中的百分含量为10％。该混合物压成的药片在pH＝7的磷酸缓冲液中恒速释放出布洛芬，释放时间可维持20小时。