水凝胶及其生产方法与流程

1.本发明涉及水凝胶的制备领域，具体而言，涉及一种水凝胶及其生产方法。


背景技术：

2.水凝胶(hydrogel)是一类极为亲水的三维网络结构凝胶，它在水中迅速溶胀并在此溶胀状态可以保持大量体积的水而不溶解。现有技术中一般是以纤维类化合物作为底物，与交联剂进行反应，继而制备水凝胶。且在制备过程中通常以柠檬酸作为交联剂，反应体系为水溶液进行溶液分散聚合，但是由于纤维类化合物溶解度低，通常情况下，其浓度相对于水的重量通常为4-6％。溶解速度非常慢，通常需要十几小时；而水溶剂在后期需要去除，则需要大量能耗。且采用上述交联剂和方法制备得到的水凝胶的性能也不是特别优异。


技术实现要素：

3.本发明提供了一种水凝胶及其生产方法，旨在改善上述问题。
4.本发明是这样实现的：
5.第一方面，本发明实施例提供一种水凝胶的生产方法，包括：将水、聚乙二醇类化合物、柠檬酸和纤维素类化合物混合后进行研磨形成完全溶化的半固体混合物，而进行固相聚合反应。
6.进一步地，在本发明较佳的实施例中，包括：在20-60℃条件下，将纯化水、柠檬酸和聚乙二醇类化合物混合搅拌溶解，而后，将纤维素类化合物缓慢均匀地添加至上述溶液中搅拌，而后利用胶体磨研磨形成完全溶化的半固体混合物。
7.进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述水、所述柠檬酸、所述聚乙二醇类化合物和所述纤维素类化合物的质量比为6-12：0.008-0.012：0.08-0.14：1。
8.进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述纤维素类化合物包括羧甲基纤维素钠。
9.进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述聚乙二醇类化合物包括聚乙二醇4000和聚乙二醇6000。
10.进一步地，在本发明较佳的实施例中，固相聚合反应包括：将所述半固体混合物在40-100℃条件下烘干至干燥失重不超过15％，而后在100-140℃条件下进行交联反应。
11.进一步地，在本发明较佳的实施例中，生产方法还包括：将所述半固体混合物平铺至烘盘中，而后在40-100℃条件下烘干至干燥失重不超过15％，而后粉碎，再在100-140℃条件下交联3-4小时形成交联粗产品，而后进行清洗和干燥。
12.进一步地，在本发明较佳的实施例中，粉碎后的物料的直径为100-1000微米。
13.进一步地，在本发明较佳的实施例中，干燥的过程包括：在65-85℃条件下干燥24-30小时，而后在40-50℃条件下干燥至干燥失重《10％。
14.第二方面，本发明实施例提供一种水凝胶，其通过上述水凝胶的生产方法制备得到。
15.本发明的有益效果是：本发明实施例通过采用柠檬酸为交联剂和聚乙二醇类化合
物为助交联剂，且采用将制备水凝胶的混合方式由溶液混合改为半固相混合，不仅仅缩短生产时间，大大提高生产效率；减少水的用量，节能环保，同时，提升制备得到的水凝胶的性能，在提升其介质摄取比的同时，并不显著降低弹性模量。
具体实施方式
16.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
17.下面对本发明实施例提供一种水凝胶及其生产方法具体说明。
18.第一，本发明提供一种水凝胶的生产方法，包括：
19.将水、聚乙二醇类化合物、柠檬酸和纤维素类化合物混合后进行研磨形成完全溶化的半固体混合物，而进行固相聚合反应。具体地，
20.在低剪切常压混合容器中，20-60℃温度下加入纯化水、柠檬酸、聚乙二醇类化合物，搅拌溶解形成溶液后，将纤维素类化合物缓慢均匀地添加到上述溶液中，搅拌15-30min，使纤维素类化合物在水中均匀分散、没有明显大的团状或者粉状物料。而后将混合物倾倒至胶体磨中，使用胶体磨研磨多次(例如2次)即得完全溶化的半固体混合物。
21.需要说明的是，完全溶化的半固体混合物是：纤维素类化合物和水完全粘合、二者之间不存在固－液分离现象；且半固体混合物呈均匀一致的状态，表面平整光滑；色泽接近无色透明，没有颗粒状物体。
22.其中，纤维素类化合物可以采用现有技术中的已知的纤维素类化合物，本发明实施例选择羧甲基纤维素钠是由于其水溶性大一些，可以适当降低用水量，也更有利于促进半固体混合形成。
23.聚乙二醇类化合物可以采用现有技术中的已知的聚乙二醇，例如聚乙二醇4000和聚乙二醇6000。
24.采用的柠檬酸为一水合柠檬酸，也可以采用非水合柠檬酸。
25.所述水、所述柠檬酸、所述聚乙二醇类化合物和所述纤维素类化合物的质量比为6-12：0.008-0.012：0.08-0.14：1。采用上述配比能够更好地提升形成的水凝胶的性能，在提升其介质摄取比的同时，并不显著降低弹性模量。
26.而后将上述完全溶化的半固体混合物平铺至不锈钢烘盘中(厚度不超过30mm)，接着，放入烘箱烘干，具体地，40-100℃烘干30-40h，例如，烘干温度为40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃以及100℃等40-100℃之间的任意数值，烘干时间为30h、31h、32h、33h、34h、35h、36h、37h、38h、39h以及40h等30-40h之间的任意数值。且至干燥失重不超过15％，且中间翻腾一次。
27.而后对上述烘干所得硬脆状固体进行粉碎，具体地，利用粗研磨机剪切成5cm左右的小片后，使用细研磨机粉碎，过筛，收取直径100-1000微米(20-150目)颗粒。
28.接着，将上述粉碎得到的颗粒放入交联反应器，置于100-140℃，例如为100℃、105℃、110℃、115℃、120℃、125℃、130℃、135℃以及140℃等100-140℃之间的任意数值，进行交联反应，反应约3-4h，例如，3h、3.5h以及4h等3-4h之间的任意数值，得到交联粗产品。
29.将上述交联粗产品转移至清洗罐，用150-200倍纯净水洗涤，以除去副产物和未反应的原料，过滤。过滤得到的固体物放入托盘通风干燥，厚度40mm，65-85℃干燥24-30小时，例如干燥温度为65℃、66℃、67℃、68℃、69℃、70℃、71℃、72℃、73℃、74℃、75℃、76℃、77℃、78℃、79℃、80℃、81℃、82℃、83℃、84℃以及85℃等65-85℃之间的任意数值，干燥时间为24h、25h、26h、27h、28h、29h以及30h等24-30h之间的任意数值。然后在40-50℃干燥直至干燥失重《10％。例如，温度为40℃、41℃、42℃、43℃、44℃、45℃、46℃、47℃、48℃、49℃以及50℃等40-50℃之间的任意数值。接着整粒，收取20-150目颗粒。
30.本发明实施例提供一种水凝胶，其通过上述水凝胶的生产方法制备得到。
31.本发明的水凝胶可以在治疗肥胖症的方法中使用，减少食物或卡路里摄取量，或实现或保持饱腹感。本发明的水凝胶也可以用于改善血糖控制，治疗或预防糖尿病或辅助体重控制。本品可以单独摄取，也可与液体或食品同服。
32.本发明的水凝胶可以作为药物组合物，所述药物组合物可包括作为活性组分的水凝胶，任选地与制药学上可用的赋形剂或载体组合。该药物组合物可以适用于口服给药来治疗肥胖，增强饱腹感，改善血糖控制，治疗或预防糖尿病或辅助体重控制。
33.本发明的水凝胶可以作为药物组合物，其中水凝胶作为非活性成分，在组合物中起缓释、分散、增溶、包覆等作用，适用于不同的作用目的。该药物组合物可以适用于口服给药来治疗肥胖，增强饱腹感，改善血糖控制，治疗或预防糖尿病或辅助体重控制。
34.本发明实施例提供的水凝胶的相关检测包括收率、介质摄取比、弹性模量、含水量和振实密度。具体每项的检测方法如下：
35.一、振实密度(dt，g/ml)测定方法：
36.准确称取40.0
±
0.1g测试颗粒(m，g)，倒入干燥的100ml带刻度的玻璃量筒中，震动或敲打量筒至读数不再变化(2次读数之间的差异小于2％)，记录最终振实体积数(vf，ml)。
37.dt＝m/vf。
38.二、介质摄取比(mur)测定方法：
39.将6个干燥的烧结玻璃漏斗用40ml纯化水洗涤干净，放置于支架上，用滤纸吸干漏斗，称重，记录空装置的重量(w
tare
)。
40.准确称取0.250
±
0.005g的测试颗粒(w
in
)，放入100ml的烧杯中，放入40.0
±
0.1g的纯化水，轻柔摇动得悬浮液，轻柔搅拌30分钟得到悬浮液。将悬浮液倒入漏斗中，排水持续10分钟直至无水滴，用滤纸吸干，称重准确到0.1g(w
fin
)。mur＝(w
fin-w
tare-w
in
)/w
in
。平行3份，取平均值。
41.三、弹性模量
42.用引伸仪检测，平行3份，取平均值。
43.以下结合具体实施例对本发明提供的一种水凝胶及其生产方法进行具体说明。
44.实施例1-4
45.实施例1-4和对比例1-5的操作基本相同，区别在于聚乙二醇类化合物、所述柠檬酸和所述纤维素类化合物的质量比有所不同，具体操作如下：
46.(1)在低剪切常压混合容器中，40℃温度下加入300kg纯化水、300g一水柠檬酸、xkg聚乙二醇4000(具体用量见表1)，搅拌溶解后，将30kg cmc-na缓慢均匀地添加到上述溶
液中，搅拌15min，使cmc-na在水中均匀分散、没有明显大的团状或者粉状物料。将混合物倾倒至胶体磨中，转速2900r/min，使用胶体磨研磨2次即得完全溶化的半固体混合物。
47.(2)将完全溶化半固体混合物平铺至不锈钢烘盘中(厚度不超过30mm)；
48.(3)放入烘箱烘干，80℃烘干40h，至干燥失重不超过15％，中间翻腾一次。
49.(4)对上述烘干所得硬脆状固体利用粗研磨机剪切成5cm左右的小片后，使用细研磨机粉碎，过筛，收取直径100-1000微米(20～150目)颗粒。
50.(5)将上述粉碎所得颗粒放入交联反应器，置于140℃烘箱进行交联反应，反应约3h，得到交联纤维素粗品颗粒。
51.(6)将上述粗品颗粒转移至清洗罐，用200倍纯净水洗涤，以除去副产物和未反应的原料，过滤；将过滤得到的固体物放入托盘通风干燥，厚度40mm，85℃干燥28小时。然后在50℃干燥直至干燥失重《10％，总干燥时间约60小时；整粒，收取20～150目颗粒，称重zkg。
52.计算收率：z/30*100％。
53.对比例6：参照上述实施例的生产方法制备水凝胶，区别仅在于将聚乙二醇4000替换为与实施例1等摩尔量的山梨醇。
54.而后分别对实施例和对比例制备得到的水凝胶进行检测，检测结果参见表1。
55.表1
[0056][0057]
根据上表可知，仅采用柠檬酸作为交联剂时即对比例1，形成的水凝胶的介质摄取比仅为32mur，弹性模量为1.62kpa，但是采用柠檬酸和聚乙二醇配合时，介质摄取比会提升，弹性模量没有明显降低，继而提升了形成的水凝胶的性能。若柠檬酸和聚乙二醇的配比在本发明限定的范围内，水凝胶弹性模量没有明显降低的情况下，具有更高的介质摄取比，进一步提升了性能。若更改了柠檬酸和聚乙二醇作为交联剂的组合，例如改为柠檬酸和山梨醇的组合，则水凝胶的收率会大幅度降低，且介质摄取比也低于50mur，说明水凝胶的性能降低。进一步验证了本发明实施例通过将柠檬酸和聚乙二醇进行特定的配合能够有效提升水凝胶的性能。
[0058]
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。