一種丙烯酸類共聚物水凝膠的製備方法

2023-10-20 18:26:32

一種丙烯酸類共聚物水凝膠的製備方法
【專利摘要】本發明公開了一種丙烯酸類共聚物水凝膠，其特徵為：所述的水凝膠以丙烯醯胺、甲基丙烯酸和丙烯酸羥乙酯以及交聯劑共聚物組成。製備方法如下：將丙烯醯胺、丙烯酸羥乙酯與使用氫氧化鈉預處理的甲基丙烯酸混合，加入引發劑和交聯劑。在一定溫度下反應得到共聚物，烘乾後製得水凝膠。本發明水凝膠共聚物的分子量高，為低交聯度網狀結構，具有溫度和pH敏感性。本發明的製備方法簡單，產物在水中浸泡即可去除雜質，可製備吸水倍率大的水凝膠，其應用範圍廣。
【專利說明】一種丙烯酸類共聚物水凝膠的製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及高吸水性樹脂領域，特別一種丙烯酸類水凝膠的製備方法。具體涉及採以丙烯醯胺、甲基丙烯酸和丙烯酸羥乙酯為反應單體，以去離子水為溶劑，在一定溫度下，通過自由基聚合反應，製得聚合物水溶液，然後洗滌，烘乾，製備丙烯酸類水凝膠的方法。
【背景技術】
[0002]高吸水性樹脂，是一種多用途的高分子材料。目前，高吸水性樹脂主要由天然聚合物或者改性的聚合物製得，形態多為粉狀或顆粒狀。
[0003]傳統的吸水性材料，如海綿、矽膠、脫脂棉等吸水能力小，吸水量是其自身的幾倍到幾十倍。此外,傳統吸水性材料保水能力差,稍加壓力就可失去水。相比傳統性吸水材料，高吸水性樹脂不僅具有優良的吸水能力，同時也具有良好的保水能力。在壓力下，其吸收的水分也不會溢出。此外，高吸水性樹脂具有良好的光熱穩定性，在室溫下，使用密閉容器可保存2-3年，吸水量基本保持不變。該類材料具有緩釋、吸附作用，吸溼、放溼和成膜等特點。
[0004]水凝膠是吸水性樹脂的一種， 以親水性高分子鏈通過物理或者化學交聯成為三維網絡結構。這種三維網絡可以使水凝膠在水中溶脹，並且在吸水大量的水的同時保持其物理維度結構。在改變外部條件，諸如pH、溫度、溶劑、組分、離子強度、鹽溶液類型和應力、張力(包括壓力)等。水凝膠都有很好的響應性。這是由於水凝膠在外部條件改變時，其形狀、體積、表面能、反應速率、尺寸和溶脹能力等具有快速響應的特性。
[0005]為提高水凝膠的pH敏感性，通常方法是將丙烯酸、馬來酸、甲基丙烯酸酯類等與丙烯醯胺共聚，製備水凝膠。李劍(化學工程師，2003，丙烯醯胺/丙烯酸水凝膠的pH敏感性研究)製備了丙烯酸、丙烯醯胺的共聚水凝膠，研究不同單體配比、交聯劑用量及引發劑用量對不同pH值下凝膠溶脹率的影響。Bajpait (Journal of Applied PolymerScience,2001, Swelling-deswelling behavior of poly(acrylamide-co- maleic acid)hydrogels)研究了 pH響應的馬來酸、丙烯醯胺共聚水凝膠。聚丙烯酸高分子鏈段及聚甲基丙烯酸高分子鏈段隨著PH的改變具有不同的響應方式，當電荷密度增加時，聚丙烯酸的高分子鏈緩慢舒展，而聚甲基丙烯酸達到臨界電荷密度後，高分子鏈才會舒展。加入丙烯酸羥乙酯後，因羥基的存在，增加了分子間作用力，提高了水凝膠的力學強度。目前，丙烯醯胺、甲基丙烯酸和丙烯酸羥乙酯的共聚物製備水凝膠未見公開報導。

【發明內容】

[0006]本發明公開了一種丙烯酸類水凝膠的製備方法，該製備方法不僅工藝簡單，而且製得的水凝膠具有高效的吸水、緩釋和保水性能，且具有良好的pH、溫度、離子濃度和強度等響應性能。
[0007]本發明的水凝膠的製備方法是:將定量的氫氧化鈉溶於水中，加入定量的甲基丙烯酸，使氫氧化鈉的質量為甲基丙烯酸質量的35%，進行預處理；再依次加入丙烯醯胺、丙烯酸羥乙酯和N，N』 -亞甲基雙丙烯醯胺，攪拌均勻恆溫反應，然後加入引發劑進行自由基聚合反應；最後將反應完畢的溶液倒入模具中，在烘箱中恆溫烘乾。
[0008]所述的水凝膠原料包括的組分重量份量分別為丙烯醯胺1-3，甲基丙烯酸15-25，丙烯酸羥乙酯1-5，過硫酸銨0.5-1.5，N, N』 -亞甲基雙丙烯醯胺0.5-1.5，氫氧化鈉5_15，去尚子水餘量，總量為100份。
[0009]吸水率的測定如下，將製備好的水凝膠樣品烘乾，切樣，置於去離子水中，測定水凝膠在不同pH值緩衝溶液中的吸水率時，將去離子水換為pH值為4和pH值為10的緩衝溶液。等水凝膠達到吸水平衡後，取出靜置後，使用濾紙去除表面水分，稱取重量。水凝膠的吸水率(克/克)按照下式計算:
吸水率=(w2_wl) /wl
式中，《I為水凝膠烘乾時的質量;《2為水凝膠達到吸水平衡後的質量。
[0010]水凝膠的吸水平衡狀態定義為，水凝膠吸水一定時間後，多次衡量，水凝膠質量不再變化的狀態。
[0011]該法製備的水凝膠應用前景廣闊，成本低廉，可用於生物、醫藥、農林業的保水劑以及工業上有脫水劑、防露劑等。60°c環境下，水凝膠在去離子水中的吸水率為100-185克/克。在PH值為4的酸性緩衝溶液中，吸水率為65-130克/克，在pH值為10的鹼性緩衝溶液中，吸水率為70-155克/克。
[0012]本發明具有工藝簡單，操作容易，生產成本低，便於工業化生產等特點。所製得的水凝膠具有高效吸水性，緩釋和保水的性能，可廣泛應用於工、農、林、醫等行業，具有廣闊的市場前景。同時，所用的單`體具有良好的生物相容性。
【具體實施方式】
[0013]實施例1
將7克氫氧化鈉加去離子水到20克,攪拌溶解,加入20克甲基丙烯酸,使氫氧化鈉的質量為甲基丙烯酸質量的35%，進行預處理；再依次加入I克丙烯醯胺、I克丙烯酸羥乙酯、0.2克N，N』 -亞甲基雙丙烯醯胺和50.6克去離子水，攪拌均勻，60°C恆溫反應，然後加入0.2克過硫酸銨為引發劑進行自由基聚合反應，反應20-24小時；最後將反應完畢的溶液倒入模具中，在60°C烘箱中恆溫烘乾，製得水凝膠。
[0014]所得的水凝膠在60°C環境下，在去離子水中的吸水率為182克/克，在pH值為4的酸性緩衝溶液中，吸水率為126克/克，在pH值為10的鹼性緩衝溶液中，吸水率為152
克/克。
[0015]實施例2
將7克氫氧化鈉加去離子水到20克,攪拌溶解,加入20克甲基丙烯酸,使氫氧化鈉的質量為甲基丙烯酸質量的35%，進行預處理；再依次加入I克丙烯醯胺、2克丙烯酸羥乙酯、0.22克N，N』 -亞甲基雙丙烯醯胺和49.56克去離子水，攪拌均勻，60°C恆溫反應，然後加入0.22克過硫酸銨為引發劑進行自由基聚合反應，反應20-24小時；最後將反應完畢的溶液倒入模具中，在60°C烘箱中恆溫烘乾，製得水凝膠。
[0016]所得的水凝膠在60°C環境下，在去離子水中的吸水率為158克/克，在pH值為4的酸性緩衝溶液中，吸水率為115克/克，在pH值為10的鹼性緩衝溶液中，吸水率為131
克/克。
[0017]實施例3
將7克氫氧化鈉加去離子水到20克,攪拌溶解,加入20克甲基丙烯酸,使氫氧化鈉的質量為甲基丙烯酸質量的35%，進行預處理；再依次加入I克丙烯醯胺、3克丙烯酸羥乙酯、0.24克N，N』 -亞甲基雙丙烯醯胺和48.52克去離子水，攪拌均勻，60°C恆溫反應，然後加入0.24克過硫酸銨為引發劑進行自由基聚合反應，反應20-24小時；最後將反應完畢的溶液倒入模具中，在60°C烘箱中恆溫烘乾，製得水凝膠。
[0018]所得的水凝膠在60°C環境下，在去離子水中的吸水率為136克/克，在pH值為4的酸性緩衝溶液中，吸水率為103克/克，在pH值為10的鹼性緩衝溶液中，吸水率為114
克/克。
[0019]實施例4
將7克氫氧化鈉加去離子水到20克,攪拌溶解,加入20克甲基丙烯酸,使氫氧化鈉的質量為甲基丙烯酸質量的35%，進行預處理；再依次加入I克丙烯醯胺、4克丙烯酸羥乙酯、0.25克N，N』 -亞甲基雙丙烯醯胺和47.5克去離子水，攪拌均勻，60°C恆溫反應，然後加入0.25克過硫酸銨為引發劑進行自由基聚合反應，反應20-24小時；最後將反應完畢的溶液倒入模具中，在60°C烘箱中恆溫烘乾，製得水凝膠。
[0020]所得的水凝膠在60°C環境下，在去離子水中的吸水率為118克/克，在pH值為4的酸性緩衝溶液中，吸水率為75克/克，在pH值為10的鹼性緩衝溶液中，吸水率為83克/克。
[0021]實施例5
將7克氫氧化鈉加去離子水到20克,攪拌溶解,加入20克甲基丙烯酸,使氫氧化鈉的質量為甲基丙烯酸質量的35%，進行預處理；再依次加入I克丙烯醯胺、5克丙烯酸羥乙酯、0.26克N，N』 -亞甲基雙丙烯醯胺和46.48克去離子水，攪拌均勻，60°C恆溫反應，然後加入
0.26克過硫酸銨為引發劑進行自由基聚合反應，反應20-24小時；最後將反應完畢的溶液倒入模具中，在60°C烘箱中恆溫烘乾，製得水凝膠。
[0022]所得的水凝膠在60°C環境下，在去離子水中的吸水率為98克/克，在pH值為4的酸性緩衝溶液中，吸水率`為68克/克，在pH值為10的鹼性緩衝溶液中，吸水率為71克/克。
【權利要求】
1.一種丙烯酸類共聚物水凝膠，其特徵是將定量的氫氧化鈉溶於水中，加入定量的甲基丙烯酸，進行預處理；再依次加入丙烯醯胺、丙烯酸羥乙酯和N，N』 一亞甲基雙丙烯醯胺，攪拌均勻，加熱到60°C恆溫反應，然後加入引發劑(過硫酸銨)進行自由基聚合反應；最後將反應完畢的產物在烘箱中恆溫烘乾，所述的水凝膠原料包括以下組分，其重量總量為100份，各組分份量分別為: 丙烯醯胺1-3份； 甲基丙烯酸15-25份； 丙烯酸羥乙酯1- 5份； 過硫酸銨0.1-1份； N, N』 -亞甲基雙丙烯醯胺0.1-1份； 氫氧化鈉5- 10份； 去離子水餘量。
2.根據權利要求1所述的丙烯酸類共聚物水凝膠的製備方法，其特徵是自由基聚合反應的時間為20-24小時。
3.根據權利要 求1所述的丙烯酸類共聚物水凝膠的製備方法，其特徵是恆溫烘乾的溫度為60V。
【文檔編號】C08F222/38GK103755860SQ201310714322
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年12月23日 優先權日:2013年12月23日
【發明者】陳建定, 白玉明, 王彥華 申請人:華東理工大學