本發(fā)明屬于水凝膠技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)水凝膠的制備方法。

背景技術(shù)：

水凝膠是一類具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的聚合物，能夠吸收大量水分而溶脹，并在溶脹之后能夠繼續(xù)保持其原有結(jié)構(gòu)而不被溶解。由于其具有良好的吸水、保水及生物相容性等優(yōu)良性能，在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生物醫(yī)藥、日用品等領(lǐng)域均具有廣闊的應(yīng)用范圍。

傳統(tǒng)水凝膠的應(yīng)用又在很大程度上受到水凝膠機(jī)械強(qiáng)度低的限制。因此，研究具有高機(jī)械強(qiáng)度的水凝膠是勢在必行的任務(wù)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)水凝膠的制備方法，所得互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)水凝膠具有良好的機(jī)械性能。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：

一種互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)水凝膠的制備方法，包括以下步驟：

S1、反相乳液法制備吸水樹脂：

S1.1、分散相配制：將氫氧化鈉加入水中，在冰水浴條件下邊攪拌邊滴加丙烯酸，冷卻后再加入丙烯酰胺、過硫酸銨、N,N-二甲基雙丙烯酰胺，攪拌均勻，獲得分散相；其中，按質(zhì)量體積比計，氫氧化鈉∶水∶丙烯酸∶丙烯酰胺∶過硫酸銨∶N,N-二亞甲基雙丙烯酰胺=3～4g∶20～25mL∶5.4～5.8g∶3.55～4g∶0.035～0.040g∶0.048～0.050g；

S1.2、連續(xù)相配制：環(huán)己烷中加入司盤、水，60～70℃下攪拌至變成乳白，開始通入氮?dú)馀懦鯕猓@得連續(xù)相；其中，按質(zhì)量體積比計，環(huán)己烷∶司盤∶水=150～160mL∶1.5～1.8g∶10～15mL；

S1.3、制備吸水樹脂：在持續(xù)通入氮?dú)獾臈l件下，向連續(xù)相中邊攪拌邊滴加分散相，滴完后攪拌聚合反應(yīng)1.5～2h，過濾后用乙醇浸泡7～8h，再過濾并干燥，得吸水樹脂；其中，連續(xù)相與分散相的體積比為連續(xù)相∶分散相=8～10∶1；

S2、在吸水樹脂之間交聯(lián)上聚丙烯酰胺網(wǎng)絡(luò)，制備出互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)水凝膠：

S2.1、配制反應(yīng)液：將丙烯酰胺、N,N-二亞甲基雙丙酰胺和過硫酸銨溶解在水中，獲得反應(yīng)液；其中，按質(zhì)量體積比計，丙烯酰胺∶N,N-二亞甲基雙丙酰胺∶水=100~105g∶0.05~0.1g∶0.01~0.15g∶350~450mL；

S2.2、將步驟S1制備的吸水樹脂和S2.1制備的反應(yīng)液混合，用注射器導(dǎo)入模具，在氮?dú)鈿夥障?，?60～70℃反應(yīng)1～2h，接著70～75℃反應(yīng)2～3h，最后75～80℃反應(yīng)36～40h，得到互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)水凝膠；其中，按質(zhì)量體積比計，吸水樹脂∶反應(yīng)液=5～10g∶350～450mL。

較好地，S2.1反應(yīng)液的配制過程為：

將丙烯酰胺溶解在1^#水中，獲得丙烯酰胺水溶液；

將N,N-二亞甲基雙丙酰胺溶解在2^#水中，獲得N,N-二亞甲基雙丙酰胺水溶液；

將過硫酸銨溶解在3^#水中，獲得過硫酸銨水溶液；

將丙烯酰胺水溶液、N,N-二亞甲基雙丙酰胺水溶液和過硫酸銨水溶液混合，即得反應(yīng)液；其中，按質(zhì)量體積比計，丙烯酰胺∶1^#水∶N,N-二亞甲基雙丙酰胺∶2^#水∶過硫酸銨∶3^#水=100~105g∶150~230mL∶0.05~0.1g∶100~110 mL∶0.01~0.15g∶100~110 mL。

本發(fā)明，先用反相乳液法制備高吸水樹脂，利用其吸水性將丙烯酰胺吸入其內(nèi)部，在樹脂中再長出一層“網(wǎng)絡(luò)”，同時一部分丙烯酰胺附著在“球”的表面，繼續(xù)引發(fā)丙烯酰胺的聚合，使得原來分開的“球”與“球”之間有了連接，從而制備出了互穿網(wǎng)絡(luò)型水凝膠，強(qiáng)度大大提升。

有益效果：

1、本發(fā)明設(shè)計出一種互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)水凝膠，即維持水凝膠基本框架的交聯(lián)的剛性第一網(wǎng)絡(luò)，以及貫穿其中的第二網(wǎng)絡(luò)，兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計使得它的機(jī)械強(qiáng)度高于普通水凝膠產(chǎn)品；

2、與當(dāng)前技術(shù)相比，不僅克服了水凝膠的機(jī)械性能差問題，還令網(wǎng)絡(luò)之間相互貫穿永久纏結(jié)限制了相分離，使纏結(jié)在一起的兩種聚合物相分離程度降低，改善了組分之間的相容性；

3、本發(fā)明的互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠可代替?zhèn)鹘y(tǒng)水凝膠用于生物材料（如人造器官）領(lǐng)域，解決生物材料機(jī)械性能差問題；

4、本發(fā)明的制備方法，步驟簡單，易操作，制備條件溫和易控制，效率高。

附圖說明

圖1：實施例1（b）和對照例1(a)方法所得水凝膠的拉伸對比。

具體實施方式

以下結(jié)合實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作詳細(xì)說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此。

實施例1

S1、反相乳液法制備吸水樹脂：

S1.1、分散相配制：將3g氫氧化鈉加入20mL水中，在冰水浴條件下邊攪拌邊滴加5.4g丙烯酸，冷卻后再加入3.55g丙烯酰胺、0.035g過硫酸銨、0.048g N,N-二甲基雙丙烯酰胺，攪拌均勻，獲得分散相；

S1.2、連續(xù)相配制：150mL環(huán)己烷中加入1.5g司盤80、10 mL水，60℃下攪拌至變成乳白，開始通入氮?dú)?min排除氧氣，獲得連續(xù)相；

S1.3、制備吸水樹脂：在持續(xù)通入氮?dú)獾臈l件下，向S1.2的連續(xù)相中邊攪拌邊滴加S1.1的分散相，滴完后攪拌聚合反應(yīng)1.5h；過濾后用乙醇浸泡7h，再過濾并干燥，得吸水樹脂；

S2、在吸水樹脂之間交聯(lián)上聚丙烯酰胺網(wǎng)絡(luò)，制備出互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)水凝膠：

S2.1、配制反應(yīng)液：在丙烯酰胺(AM)水溶液（100g AM +230mL水）中，加入N,N-二亞甲基雙丙酰胺(NMBA)水溶液（0.05g NMBA +100mL水）和過硫酸銨（0.1g過硫酸銨+100mL水）水溶液，獲得反應(yīng)液；

S2.2、取5g的吸水樹脂和430mL反應(yīng)液混合，用注射器導(dǎo)入模具，在氮?dú)鈿夥障?，?60℃反應(yīng)12h，接著70℃反應(yīng)2h，最后75℃反應(yīng)36h，得到互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)水凝膠。

對照例1

與實施例1的不同之處在于，該例并沒有先制備出吸水樹脂，然后再在吸水樹脂之間交聯(lián)聚丙烯網(wǎng)絡(luò)以獲得水凝膠，而是采用普通方法直接制備水凝膠，其具體步驟為：

S1.1、配制反應(yīng)液：在丙烯酰胺(AM)水溶液（100g AM +230mL水）中，加入N,N-二亞甲基雙丙酰胺(NMBA)水溶液（0.05g NMBA +100mL水）和過硫酸銨（0.1g過硫酸銨+100mL水）水溶液，獲得反應(yīng)液；

S1.2、將430mL反應(yīng)液，用注射器導(dǎo)入模具，在氮?dú)鈿夥障拢?60℃反應(yīng)12h，接著70℃反應(yīng)2h，最后75℃反應(yīng)36h，得到普通聚丙烯酰胺水凝膠。

把實施例1和對照例1制備的水凝膠切成啞鈴型樣條，用島津拉力試驗機(jī)進(jìn)行拉伸測試，測試速度為20mm/min，逐漸增大應(yīng)力直到水凝膠拉斷，得到如圖1的數(shù)據(jù)，a為普通聚丙烯酰胺水凝膠(對照例1)的應(yīng)力應(yīng)變曲線，b為本發(fā)明方法(實施例1)制備的水凝膠的應(yīng)力應(yīng)變曲線，可以看出：普通水凝膠的拉伸斷裂強(qiáng)度僅為10MPa左右，而本發(fā)明方法制備的水凝膠，其拉伸斷裂強(qiáng)度高達(dá)45MPa左右，是普通水凝膠的4.5倍，因此，其具有良好的機(jī)械性能。