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      有機(jī)兩性共聚高分子互穿網(wǎng)絡(luò)凝膠的制備方法與流程

      文檔序號(hào):12400157閱讀:184來源:國(guó)知局

      本發(fā)明涉及一種有機(jī)兩性共聚高分子互穿網(wǎng)絡(luò)凝膠的制備方法。



      背景技術(shù):

      凝膠是一種特別的分散體系,高聚物分子或膠體顆粒相互聯(lián)結(jié)形成三維空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),能吸收大量的水溶脹又不溶于水,在水中可保持一定形狀,兼具固體和液體雙重性質(zhì)。宏觀上看,高分子凝膠具有一定的形狀,施加一定外力會(huì)變形,去除外力后會(huì)恢復(fù)原來形狀,具有固體的粘彈性;微觀上看,高分子凝膠具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不溶于水,三維網(wǎng)絡(luò)分子可在水中伸展,具有液體性質(zhì)。具有柔軟、含水量高又有橡膠粘彈性的凝膠在環(huán)保、紡織、建材、石化、食品、農(nóng)林園藝、日用化妝品等諸多方面有了廣泛的應(yīng)用。

      包括人類在內(nèi)的生物體都是高分子凝膠組成,大多帶有電性,如蛋白質(zhì)、氨基酸。共聚兩性高分子互穿網(wǎng)絡(luò)凝膠隨共聚組分的改變可得到千變?nèi)f化的特異性能,特別是高含水量和分子中的電性與人體結(jié)構(gòu)的相似性,良好的生物相容性,環(huán)境刺激響應(yīng)性,在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的藥物控釋、生物傳感、組織工程等領(lǐng)域得到了一些應(yīng)用。

      目前有機(jī)兩性共聚高分子互穿網(wǎng)絡(luò)凝膠的制備方法主要存在的問題是單體丙烯酰胺屬“致癌、致畸變、致突變”的劇毒品,交聯(lián)劑N,N亞甲基二丙烯酰胺毒性較大,對(duì)凝膠存在不利的毒性影響;單一的交聯(lián)劑形成的互穿網(wǎng)絡(luò)凝膠穩(wěn)定性較低。開發(fā)采用無毒或低毒的單體、交聯(lián)劑進(jìn)行共聚合以降低凝膠毒性,使用復(fù)配交聯(lián)劑形成多重互穿網(wǎng)絡(luò)提高凝膠穩(wěn)定性的有機(jī)兩性共聚高分子互穿網(wǎng)絡(luò)凝膠的制備方法具有較大實(shí)用價(jià)值。



      技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

      針對(duì)目前有機(jī)兩性共聚高分子互穿網(wǎng)絡(luò)凝膠的制備方法存在的問題,本發(fā)明的目的是提供一種采用無毒或低毒單體、交聯(lián)劑進(jìn)行共聚合以降低凝膠毒性,使用復(fù)配交聯(lián)劑形成多重互穿網(wǎng)絡(luò)提高凝膠穩(wěn)定性的有機(jī)兩性共聚高分子互穿網(wǎng)絡(luò)凝膠的制備方法,其特征是在可密閉反應(yīng)器中加入A組分和去離子水?dāng)嚢柚苽渌芤?,控制A組分的重量濃度為28%~62%;溶液制備完成后,抽真空至相對(duì)真空度為-0.02MPa~-0.08MPa,通入氮?dú)饣謴?fù)反應(yīng)器至常壓后,在攪拌下加入由B組分和去離子水配制的水溶液,B組分的重量濃度為20%~40%;B組分的水溶液加料結(jié)束后,升溫至35℃~50℃,在攪拌下加入由C組分和去離子水配制的水溶液,C組分的重量濃度為5%~15%;控制pH值為4~10,在35℃~50℃恒溫,繼續(xù)攪拌反應(yīng)2h~3.5h,得到有機(jī)兩性共聚高分子第一網(wǎng)絡(luò)凝膠;然后進(jìn)行冷卻,在通入氮?dú)庀?,將該第一網(wǎng)絡(luò)凝膠投入裝有D組分和去離子水配制的水溶液的可密閉反應(yīng)器中溶脹,D組分的重量濃度為1.8%~11%,按重量計(jì),第一網(wǎng)絡(luò)凝膠:D組分去離子水溶液的重量比=1:(95~155),溶脹2h~6h;再加入由E組分和去離子水配制的水溶液繼續(xù)溶脹,E組分的重量濃度為10%~20%,溶脹16 h~24 h;溶脹完成后,升溫至75℃~95℃,控制pH值為3~7,在75℃~95℃恒溫,反應(yīng)4h~6h,得到有機(jī)兩性共聚高分子互穿網(wǎng)絡(luò)凝膠。所述A組分由甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、丙烯酸二甲氨基乙酯、綠原酸組成,按物質(zhì)的量計(jì),甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨:丙烯酸二甲氨基乙酯:綠原酸的物質(zhì)的量之比=(0.5~1.2):(0.3~1.6):(0.4~1.1);B組分是二甲基丙烯酸聚乙二醇酯,數(shù)均分子量為2000~20000,其投料總重量是A組分總重量的2.5%~11%;C組分由過硫酸鉀-亞硫酸氫鈉組成,其投料總重量是A組分總重量的0.3%~1.8%,按重量計(jì),過硫酸鉀:亞硫酸氫鈉的重量之比=1:(0.2~1.1);D組分由山梨酸、奎尼酸、甲基丙烯酸氧乙基偏苯三酸酐酯和四甲基丙烯酸季戊四醇酯組成,按物質(zhì)的量計(jì),山梨酸:奎尼酸:甲基丙烯酸氧乙基偏苯三酸酐酯的物質(zhì)的量之比=(0.3~1.3):(0.08~0.32):(0.4~1.1),按重量計(jì),四甲基丙烯酸季戊四醇酯投料重量是山梨酸、奎尼酸、甲基丙烯酸氧乙基偏苯三酸酐酯三種單體總重量的1.8%~5.5%;E組分由過硫酸鉀、吡哆醇鹽酸鹽組成,過硫酸鉀投料重量是D組分總重量的0.1%~1.2%,吡哆醇鹽酸鹽投料重量是D組分總重量的0.8%~5.6%。

      本發(fā)明的技術(shù)方法是這樣實(shí)現(xiàn)的:在可密閉反應(yīng)器中制備甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨CH2=C(CH3)COO(CH2)2N(CH3)3Cl、丙烯酸二甲氨基乙酯CH2=CHCOO(C2H4)N(CH3)2、綠原酸(HO)2C6H3CH=CHCOOCH(CH)2(OH)2(CH2)2C(OH)COOH共聚單體的水溶液;抽真空去氧后,通入氮?dú)獗Wo(hù),加入交聯(lián)劑二甲基丙烯酸聚乙二醇酯的水溶液;升溫后,再加入氧化還原引發(fā)劑過硫酸鉀-亞硫酸氫鈉K2S2O8-NaHSO3的水溶液,經(jīng)引發(fā)、共聚合鏈增長(zhǎng)反應(yīng),交聯(lián)劑二甲基丙烯酸聚乙二醇酯參與共聚反應(yīng)和線型共聚大分子發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),經(jīng)鏈終止反應(yīng),得到有機(jī)兩性共聚高分子第一網(wǎng)絡(luò)凝膠。通入氮?dú)獗Wo(hù),有機(jī)兩性共聚高分子第一網(wǎng)絡(luò)凝膠在山梨酸CH3CH=CHCH=CHCOOH、奎尼酸(HO)4C6H7COOH、甲基丙烯酸氧乙基偏苯三酸酐酯CH2=C(CH3)COO(CH2)2OOCC6H3C2O3、四甲基丙烯酸季戊四醇酯(CH2=C(CH3)COOCH2)4C的水溶液作用下溶脹,再加入引發(fā)劑過硫酸鉀K2S2O8、催化劑吡哆醇鹽酸鹽(CH3)(HOCH2)2(HO)C5HN·HCl水溶液的作用下繼續(xù)溶脹,溶脹過程中,水溶液中的單體、交聯(lián)劑、引發(fā)劑、催化劑進(jìn)入到有機(jī)兩性共聚高分子第一網(wǎng)絡(luò)凝膠內(nèi)部并均勻分布;經(jīng)引發(fā)、共聚合鏈增長(zhǎng)反應(yīng)形成線型共聚大分子,交聯(lián)劑四甲基丙烯酸季戊四醇酯參與共聚反應(yīng)和線型共聚大分子發(fā)生交聯(lián)反應(yīng),形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),吡哆醇鹽酸鹽催化帶羧基基團(tuán)的分子和帶羥基基團(tuán)的分子發(fā)生酯化反應(yīng),由于奎尼酸帶有四個(gè)OH基團(tuán)將和帶羧基基團(tuán)的分子反應(yīng)形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu);進(jìn)一步反應(yīng),最后由于自由基共聚合大分子的鏈終止和酯化反應(yīng)的完成,形成有機(jī)兩性共聚高分子互穿網(wǎng)絡(luò)凝膠。

      相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)方法,本發(fā)明突出優(yōu)點(diǎn)是制備技術(shù)中所用的單體甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、丙烯酸二甲氨基乙酯、甲基丙烯酸氧乙基偏苯三酸酐酯和交聯(lián)劑四甲基丙烯酸季戊四醇酯低毒,單體綠原酸、山梨酸和交聯(lián)劑二甲基丙烯酸聚乙二醇酯、奎尼酸無毒,降低了凝膠毒性;制備的互穿網(wǎng)絡(luò)凝膠具有自由基交聯(lián)和酯化交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),提高了互穿網(wǎng)絡(luò)凝膠的穩(wěn)定性;制備方法簡(jiǎn)單、反應(yīng)條件溫和、宜于生產(chǎn),具有良好的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。

      具體實(shí)施方式

      實(shí)施例1:124.5g甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、57.3g丙烯酸二甲氨基乙酯、177.2g綠原酸和837.5ml去離子水加入到容積為2L的可密閉反應(yīng)器中攪拌混合均勻,該水溶液的重量濃度為30%;抽真空至相對(duì)真空度-0.03MPa,然后通入氮?dú)饣謴?fù)反應(yīng)器至常壓,加入10.8g的數(shù)均分子量為4000的二甲基丙烯酸聚乙二醇酯和40.5ml去離子水配制的水溶液,該水溶液的重量濃度為21%;然后升溫至37℃,加入1.38g過硫酸鉀、0.41g亞硫酸氫鈉和30.8ml去離子水配制的水溶液,該水溶液的重量濃度為5.5%,在37℃恒溫,控制pH值為4.5,繼續(xù)攪拌反應(yīng)2.3h,得到有機(jī)兩性共聚高分子第一網(wǎng)絡(luò)凝膠;然后進(jìn)行冷卻,在通入氮?dú)庀?,有機(jī)兩性共聚高分子第一網(wǎng)絡(luò)凝膠103.1g投入容積為15L的可密閉反應(yīng)器中溶脹,該反應(yīng)器中裝有44.9g 山梨酸、19.2g 奎尼酸、138.1g甲基丙烯酸氧乙基偏苯三酸酐酯、4g四甲基丙烯酸季戊四醇酯和10105.4ml去離子水配制的水溶液,該水溶液的重量濃度為2%,第一網(wǎng)絡(luò)凝膠的重量(103.1g):該水溶液的重量(10311.6g)=1:100,溶脹3h;再加入0.41g過硫酸鉀、2.06g吡哆醇鹽酸鹽和21.1ml去離子水配制的水溶液繼續(xù)溶脹,該水溶液的重量濃度為10.5%,溶脹17h;溶脹完成后升溫至77℃,控制pH值為3.4,在77℃恒溫反應(yīng)4.3h,得到有機(jī)兩性共聚高分子互穿網(wǎng)絡(luò)凝膠。該凝膠不溶于水,能在水中溶脹,凝膠溶脹率(ESR)=7585%(去離子水),凝膠溶脹率(ESR)=7496%(重量濃度1%的NaCl水溶液)。

      實(shí)施例2:228.2g甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、214.8g丙烯酸二甲氨基乙酯、354.3g綠原酸和531.5ml去離子水加入到容積為2L可密閉反應(yīng)器中攪拌混合均勻,該水溶液的重量濃度為60%;抽真空至相對(duì)真空度-0.07MPa,然后通入氮?dú)饣謴?fù)反應(yīng)器至常壓,加入79.7g的數(shù)均分子量為19000的二甲基丙烯酸聚乙二醇酯和124.7ml去離子水配制的水溶液,該水溶液的重量濃度為39%;然后升溫至48℃,加入5.98g過硫酸鉀、5.98g亞硫酸氫鈉和70.5ml去離子水配制的水溶液,該水溶液的重量濃度為14.5%,在48℃恒溫,控制pH值為9.5,繼續(xù)攪拌反應(yīng)3.2h,得到有機(jī)兩性共聚高分子第一網(wǎng)絡(luò)凝膠;然后進(jìn)行冷卻,在通入氮?dú)庀?,有機(jī)兩性共聚高分子第一網(wǎng)絡(luò)凝膠32.8g投入10L可密閉反應(yīng)器中溶脹,該反應(yīng)器中裝有134.6g 山梨酸、57.6g 奎尼酸、276.2g甲基丙烯酸氧乙基偏苯三酸酐酯、23.4g四甲基丙烯酸季戊四醇酯和4426.8ml去離子水配制的水溶液,該水溶液的重量濃度為10%,第一網(wǎng)絡(luò)凝膠的重量(32.8g):該水溶液的重量(4918.7g)=1:150,溶脹5.4h;再加入0.98g過硫酸鉀、4.92g吡哆醇鹽酸鹽和24.4ml去離子水配制的水溶液繼續(xù)溶脹,該水溶液的重量濃度為19.5%,溶脹23h;溶脹完成后升溫至93℃,控制pH值為6.5,在93℃恒溫反應(yīng)5.6h,得到有機(jī)兩性共聚高分子互穿網(wǎng)絡(luò)凝膠。該凝膠不溶于水,能在水中溶脹,凝膠溶脹率(ESR)=6547%(去離子水),凝膠溶脹率(ESR)=6489%(重量濃度1%的NaCl水溶液)。

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