一種PAAm/PVA雙網(wǎng)絡水凝膠及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及高含水率、高強度水凝膠技術領域，特別是一種基于丙烯酰胺(AAm)和聚乙烯醇(PVA)的PAAm/PVA雙網(wǎng)絡水凝膠及其制備方法。
【背景技術】
[0002]水凝膠是在親水高分子網(wǎng)絡中含有大量的水，它與人體組織的結構非常接近，人工合成的水凝膠在應用中的關鍵問題之一就是強度比較低，不能滿足應用環(huán)境的需要。自從2003年龔建蘋等制備出雙網(wǎng)絡水凝膠以來(Adv.Mater.2003，15，N0.14，July 17)，這種高強度、高含水率的水凝膠就受到了科研工作者的重視。雙網(wǎng)絡水凝膠的結構特點是包含2種相互獨立的網(wǎng)絡結構:一種為交聯(lián)密度較高的聚電解質(zhì)網(wǎng)絡結構，；另一種為低交聯(lián)或不交聯(lián)的中性網(wǎng)絡結構。研宄人員把重點集中在如果用常規(guī)的化學原料，通過簡單的辦法制備出高含水率、高強度的雙網(wǎng)絡水凝膠。目前公布的雙網(wǎng)絡水凝膠存在如下缺點，第一，制備方法復雜，時間長，以龔建蘋等人的方法為例，其要經(jīng)過兩次聚合，每次聚合要10個小時；第二，第一次聚合的水凝膠在第二次聚合中體積會溶脹10倍以上，且第一次聚合所得的水凝膠強度非常低，這些特點對應用都非常不利。
[0003]可見，從有利于實際應用的角度出發(fā)，開發(fā)出高含水率、高強度的、制備簡單、低溶脹的水凝膠是十分必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種高含水率、高強度、低溶脹、制備簡單的PAAm/PVA雙網(wǎng)絡水凝膠材料。本發(fā)明還涉及該雙網(wǎng)絡水凝膠的制備方法。
[0005]一種PAAm/PVA雙網(wǎng)絡水凝膠，其基于聚乙烯醇(PVA)和聚丙烯酰胺(PAAm)形成，交聯(lián)的聚丙烯酰胺構成一個高分子網(wǎng)絡，聚乙烯醇穿插在聚丙烯酰胺的所述高分子網(wǎng)絡間；其中所述PAAm/PVA雙網(wǎng)絡水凝膠由所述聚乙烯醇和聚丙烯酰胺、引發(fā)劑、交聯(lián)劑的混合水溶液聚合產(chǎn)生，并經(jīng)過交聯(lián)劑溶液的浸泡制成。
[0006]如前述的PAAm/PVA雙網(wǎng)絡水凝膠，所述交聯(lián)劑溶液為硼酸鈉水溶液，其促使所述雙網(wǎng)絡水凝膠中的聚乙烯醇交聯(lián)。
[0007]如前述的PAAm/PVA雙網(wǎng)絡水凝膠，所述交聯(lián)劑溶液為戊二醛水溶液，其促使所述雙網(wǎng)絡水凝膠中的聚乙烯醇與聚丙烯酰胺的所述高分子網(wǎng)絡鏈接。
[0008]如前述的PAAm/PVA雙網(wǎng)絡水凝膠，所述雙網(wǎng)絡水凝膠的飽和吸水率EWC通過干燥法測得在85%以上，在平板壓縮測試中壓縮比在大于95%時沒有結構破壞，通過2毫米厚鐵片切割法測得的斷裂強度為4.SMpa以上。
[0009]一種制備PAAm/PVA雙網(wǎng)絡水凝膠的方法，按照下述工藝過程制備而成:
[0010]a.將聚乙烯醇(PVA)溶于去離子水中，配制成濃度為I %?20%的聚乙烯醇(PVA)水溶液S 1
[0011]b.將丙烯酰胺(AAm)、引發(fā)劑、交聯(lián)劑溶于去離子水，得到溶液S2 ;其中，丙烯酰胺(AAm)的摩爾濃度在0.1?8mol/L之間，交聯(lián)劑的摩爾濃度為丙烯酰胺(AAm)摩爾濃度的0.0l?0.5%，引發(fā)劑的摩爾濃度為丙烯酰胺(AAm)摩爾濃度的0.02?5%。
[0012]c.將溶液SI和S2按照1: 8?8:1混合，得到水溶液S3。
[0013]d.根據(jù)所選用的弓丨發(fā)劑的不同，通過熱或/和光或/和氧化還原引發(fā)S3溶液發(fā)生聚合反應。
[0014]e.聚合反應完成后，在去離子水中浸泡，得到PAAm/PVA雙網(wǎng)絡水凝膠。
[0015]如前述的方法，其中的工藝過程還包括:
[0016]f.將步驟e所得到的所述水凝膠浸泡于0.001?4mol/L的交聯(lián)劑溶液，以使聚乙烯醇(PVA)適度交聯(lián)，改善PAAm/聚乙烯醇(PVA)雙網(wǎng)絡水凝膠的性能。
[0017]如前述的方法，所述交聯(lián)劑溶液包括硼酸鈉水溶液，其促使PAAm/PVA雙網(wǎng)絡水凝膠中的聚乙烯醇交聯(lián)。
[0018]如前述的方法，所述交聯(lián)劑溶液包括戊二醛水溶液，其促使PAAm/PVA雙網(wǎng)絡水凝膠的聚乙烯醇與聚丙烯酰胺鏈接。
[0019]本發(fā)明制備的PAAm/PVA雙網(wǎng)絡水凝膠，是通過一步法制備的，聚合時間一般在半小時左右。其飽和吸水率EWC可以通過干燥法測得，實驗測得該水凝膠的EWC都在85%以上。其機械性能通過拉伸/壓縮設備測得。該雙網(wǎng)絡水凝膠在壓縮比大于95%是沒有結構破壞，用2毫米厚鐵片切割法測得其斷裂強度為4.SMpa以上。
[0020]本發(fā)明優(yōu)點主要是制備工藝簡單，所得水凝膠體積溶脹率低。
【附圖說明】
[0021]圖1.PAAm/PVA雙網(wǎng)絡水凝膠的平板壓縮測試照片
[0022]圖2.PAAm/PVA雙網(wǎng)絡水凝膠的2毫米厚鐵片切割測試照片
[0023]圖3.PAAm/PVA雙網(wǎng)絡水凝膠的2毫米厚鐵片切割測試結果
【具體實施方式】
[0024]實施例1
[0025]1.將4g聚乙烯醇(PVA)在80度下溶解在36毫升去離子水中，充分溶解后得溶液Sl0
[0026]2.配置3M丙烯酰胺、0.003M N，N’_亞甲基雙丙烯酰胺、0.003M過硫酸銨水溶液，得溶液S2。
[0027]3.把溶液SI和S2按照體積1: 2混合，均勻后密封在塑料或玻璃容器中在水浴中60度加熱2小時。
[0028]4.去取制備好的水凝膠，在去離子水中浸泡I到7天。得高強度水凝膠。
[0029]實施例2
[0030]1.將4g聚乙烯醇(PVA)在80度下溶解在72毫升去離子水中，充分溶解后得溶液
Slo
[0031]2.配置5M丙烯酰胺、0.004M N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺、0.004M過硫酸銨水溶液，得溶液S2。
[0032]3.把溶液SI和S2按照1: 3混合，均勻后密封在塑料或玻璃容器中在水浴中60度加熱2小時。
[0033]4.去取制備好的水凝膠，在去離子水中浸泡I到7天。得高強度水凝膠。
[0034]5.所得水凝膠在0.1M的硼酸鈉水溶液中浸泡I小時，得到水凝膠再在去離子水中浸泡I到7天。得到改性的高強度水凝膠。
[0035]實施例3
[0036]1.將4g聚乙烯醇(PVA)在80度下溶解在50毫升去離子水中，充分溶解后得溶液
Slo
[0037]2.配置4M丙烯酰胺、0.005M N，N’_亞甲基雙丙烯酰胺、0.003M過硫酸銨水溶液，得溶液S2。
[0038]3.把溶液SI和S2按照1:1混合，均勻后密封在塑料或玻璃容器中在水浴中60度加熱2小時。
[0039]4.去取制備好的水凝膠，在去離子水中浸泡I到7天。得高強度水凝膠。
[0040]5.所得水凝膠在0.1M的戊二醛水溶液中浸泡4小時，得到水凝膠再在去離子水中浸泡I到7天。得到改性的高強度水凝膠。
【主權項】
1.一種PAAm/PVA雙網(wǎng)絡水凝膠，其基于聚乙烯醇(PVA)和聚丙烯酰胺(PAAm)形成，其特征在于交聯(lián)的聚丙烯酰胺構成一個高分子網(wǎng)絡，聚乙烯醇穿插在聚丙烯酰胺的所述高分子網(wǎng)絡間；其中所述PAAm/PVA雙網(wǎng)絡水凝膠由所述聚乙烯醇和聚丙烯酰胺、引發(fā)劑、交聯(lián)劑的混合水溶液聚合產(chǎn)生。
2.如權利要求1所述的PAAm/PVA雙網(wǎng)絡水凝膠，其特征在于，所述交聯(lián)劑溶液為硼酸鈉水溶液，其促使所述雙網(wǎng)絡水凝膠中的聚乙烯醇交聯(lián)。
3.如權利要求1所述的PAAm/PVA雙網(wǎng)絡水凝膠，其特征在于，所述交聯(lián)劑溶液為戊二醛水溶液，其促使所述雙網(wǎng)絡水凝膠中的聚乙烯醇與聚丙烯酰胺的所述高分子網(wǎng)絡鏈接。
4.如權利要求1-3中任一所述的PAAm/PVA雙網(wǎng)絡水凝膠，其特征在于，所述雙網(wǎng)絡水凝膠的飽和吸水率通過干燥法測得在85%以上，在平板壓縮測試中壓縮比在大于95%時沒有結構破壞，通過2毫米厚鐵片切割法測得的斷裂強度為4.SMpa以上。
5.如權利要求1-3中任一所述的PAAm/PVA雙網(wǎng)絡水凝膠，其特征在于，所述雙網(wǎng)絡水凝膠還經(jīng)過交聯(lián)劑溶液的浸泡制成。
6.一種制備PAAm/PVA雙網(wǎng)絡水凝膠的方法，其特征在于按照下述工藝過程制備而成: a.將聚乙烯醇溶于去離子水中，配制成濃度為0.2%?20%的聚乙烯醇水溶液SI ; b.將丙烯酰胺、引發(fā)劑、交聯(lián)劑溶于去離子水，得到溶液S2;其中，丙烯酰胺的摩爾濃度在0.1?8mol/L之間，交聯(lián)劑的摩爾濃度為丙烯酰胺摩爾濃度的0.01?0.5%，引發(fā)劑的摩爾濃度為丙烯酰胺摩爾濃度的0.02?5% ; c.將溶液SI和S2按照1: 8?8:1混合，得到水溶液S3; d.通過熱或/和光或/和氧化還原引發(fā)S3溶液發(fā)生聚合反應； e.聚合反應完成后，在去離子水中浸泡，得到PAAm/PVA雙網(wǎng)絡水凝膠。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述工藝過程還包括: f.將步驟e所得到的所述水凝膠浸泡于0.001?4mol/L的交聯(lián)劑溶液，以使聚乙烯醇(PVA)適度交聯(lián)，改善PAAm/聚乙烯醇(PVA)雙網(wǎng)絡水凝膠的性能。
8.如權利要求7所述的方法，其特征在于，所述交聯(lián)劑溶液包括硼酸鈉水溶液，其促使PAAm/PVA雙網(wǎng)絡水凝膠中的聚乙烯醇交聯(lián)。
9.如權利要求7所述的方法，其特征在于，所述交聯(lián)劑溶液包括戊二醛水溶液，其促使PAAm/PVA雙網(wǎng)絡水凝膠的聚乙烯醇與聚丙烯酰胺鏈接。
10.如權利要求6-9中任一項所述的方法，其特征在于，所述雙網(wǎng)絡水凝膠的飽和吸水率通過干燥法測得在85%以上，在平板壓縮測試中壓縮比在大于95%時沒有結構破壞，通過2毫米厚鐵片切割法測得的斷裂強度為4.SMpa以上。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種PAAm/PVA雙網(wǎng)絡水凝膠及其制備方法，所述雙網(wǎng)絡水凝膠是一種基于丙烯酰胺(AAm)和聚乙烯醇(PVA)的高強度、高含水量的PAAm/PVA雙網(wǎng)絡水凝膠，按下述方法制備而成：將聚乙烯醇溶解在水中，得到溶液S1；將丙烯酰胺、交聯(lián)劑、引發(fā)劑溶解在水中，得到溶液S2；將溶液S1和S2按照一定的比例混合，得到溶液S3；通過熱或/和光或/和氧化還原引發(fā)聚合，得到PAAm/PVA雙網(wǎng)絡水凝膠。該雙網(wǎng)絡水凝膠還可以進一步通過戊二醛、硼酸鈉等交聯(lián)劑進一步交聯(lián)以改變其機械性能。本發(fā)明的PAAm/PVA雙網(wǎng)絡水凝膠具有高平衡吸水率(EWC)、高強度、制備方便、一次成型、低溶脹等特點。
【IPC分類】C08L29-04, C08F222-38, C08J3-24, C08K5-07, C08F220-56, C08L33-26, C08K3-38, C08J3-075
【公開號】CN104693456
【申請?zhí)枴緾N201510110134
【發(fā)明人】郭興林, 江雷
【申請人】北京天恒盛通科技發(fā)展有限公司
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2015年3月13日