一种丙烯酸类共聚物水凝胶的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种丙烯酸类共聚物水凝胶，其特征为：所述的水凝胶以丙烯酰胺、甲基丙烯酸和丙烯酸羟乙酯以及交联剂共聚物组成。制备方法如下：将丙烯酰胺、丙烯酸羟乙酯与使用氢氧化钠预处理的甲基丙烯酸混合，加入引发剂和交联剂。在一定温度下反应得到共聚物，烘干后制得水凝胶。本发明水凝胶共聚物的分子量高，为低交联度网状结构，具有温度和pH敏感性。本发明的制备方法简单，产物在水中浸泡即可去除杂质，可制备吸水倍率大的水凝胶，其应用范围广。
【专利说明】一种丙烯酸类共聚物水凝胶的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及高吸水性树脂领域，特别一种丙烯酸类水凝胶的制备方法。具体涉及采以丙烯酰胺、甲基丙烯酸和丙烯酸羟乙酯为反应单体，以去离子水为溶剂，在一定温度下，通过自由基聚合反应，制得聚合物水溶液，然后洗涤，烘干，制备丙烯酸类水凝胶的方法。
【背景技术】
[0002]高吸水性树脂，是一种多用途的高分子材料。目前，高吸水性树脂主要由天然聚合物或者改性的聚合物制得，形态多为粉状或颗粒状。
[0003]传统的吸水性材料，如海绵、硅胶、脱脂棉等吸水能力小，吸水量是其自身的几倍到几十倍。此外,传统吸水性材料保水能力差,稍加压力就可失去水。相比传统性吸水材料，高吸水性树脂不仅具有优良的吸水能力，同时也具有良好的保水能力。在压力下，其吸收的水分也不会溢出。此外，高吸水性树脂具有良好的光热稳定性，在室温下，使用密闭容器可保存2-3年，吸水量基本保持不变。该类材料具有缓释、吸附作用，吸湿、放湿和成膜等特点。
[0004]水凝胶是吸水性树脂的一种， 以亲水性高分子链通过物理或者化学交联成为三维网络结构。这种三维网络可以使水凝胶在水中溶胀，并且在吸水大量的水的同时保持其物理维度结构。在改变外部条件，诸如pH、温度、溶剂、组分、离子强度、盐溶液类型和应力、张力(包括压力)等。水凝胶都有很好的响应性。这是由于水凝胶在外部条件改变时，其形状、体积、表面能、反应速率、尺寸和溶胀能力等具有快速响应的特性。
[0005]为提高水凝胶的pH敏感性，通常方法是将丙烯酸、马来酸、甲基丙烯酸酯类等与丙烯酰胺共聚，制备水凝胶。李剑(化学工程师，2003，丙烯酰胺/丙烯酸水凝胶的pH敏感性研究)制备了丙烯酸、丙烯酰胺的共聚水凝胶，研究不同单体配比、交联剂用量及引发剂用量对不同pH值下凝胶溶胀率的影响。Bajpait (Journal of Applied PolymerScience,2001, Swelling-deswelling behavior of poly(acrylamide-co- maleic acid)hydrogels)研究了 pH响应的马来酸、丙烯酰胺共聚水凝胶。聚丙烯酸高分子链段及聚甲基丙烯酸高分子链段随着PH的改变具有不同的响应方式，当电荷密度增加时，聚丙烯酸的高分子链缓慢舒展，而聚甲基丙烯酸达到临界电荷密度后，高分子链才会舒展。加入丙烯酸羟乙酯后，因羟基的存在，增加了分子间作用力，提高了水凝胶的力学强度。目前，丙烯酰胺、甲基丙烯酸和丙烯酸羟乙酯的共聚物制备水凝胶未见公开报道。
【发明内容】
[0006]本发明公开了一种丙烯酸类水凝胶的制备方法，该制备方法不仅工艺简单，而且制得的水凝胶具有高效的吸水、缓释和保水性能，且具有良好的pH、温度、离子浓度和强度等响应性能。
[0007]本发明的水凝胶的制备方法是:将定量的氢氧化钠溶于水中，加入定量的甲基丙烯酸，使氢氧化钠的质量为甲基丙烯酸质量的35%，进行预处理；再依次加入丙烯酰胺、丙烯酸羟乙酯和N，N’ -亚甲基双丙烯酰胺，搅拌均匀恒温反应，然后加入引发剂进行自由基聚合反应；最后将反应完毕的溶液倒入模具中，在烘箱中恒温烘干。
[0008]所述的水凝胶原料包括的组分重量份量分别为丙烯酰胺1-3，甲基丙烯酸15-25，丙烯酸羟乙酯1-5，过硫酸铵0.5-1.5，N, N’ -亚甲基双丙烯酰胺0.5-1.5，氢氧化钠5_15，去尚子水余量，总量为100份。
[0009]吸水率的测定如下，将制备好的水凝胶样品烘干，切样，置于去离子水中，测定水凝胶在不同pH值缓冲溶液中的吸水率时，将去离子水换为pH值为4和pH值为10的缓冲溶液。等水凝胶达到吸水平衡后，取出静置后，使用滤纸去除表面水分，称取重量。水凝胶的吸水率(克/克)按照下式计算:
吸水率=(w2_wl) /wl
式中，《I为水凝胶烘干时的质量;《2为水凝胶达到吸水平衡后的质量。
[0010]水凝胶的吸水平衡状态定义为，水凝胶吸水一定时间后，多次衡量，水凝胶质量不再变化的状态。
[0011]该法制备的水凝胶应用前景广阔，成本低廉，可用于生物、医药、农林业的保水剂以及工业上有脱水剂、防露剂等。60°c环境下，水凝胶在去离子水中的吸水率为100-185克/克。在PH值为4的酸性缓冲溶液中，吸水率为65-130克/克，在pH值为10的碱性缓冲溶液中，吸水率为70-155克/克。
[0012]本发明具有工艺简单，操作容易，生产成本低，便于工业化生产等特点。所制得的水凝胶具有高效吸水性，缓释和保水的性能，可广泛应用于工、农、林、医等行业，具有广阔的市场前景。同时，所用的单`体具有良好的生物相容性。
【具体实施方式】
[0013]实施例1
将7克氢氧化钠加去离子水到20克,搅拌溶解,加入20克甲基丙烯酸,使氢氧化钠的质量为甲基丙烯酸质量的35%，进行预处理；再依次加入I克丙烯酰胺、I克丙烯酸羟乙酯、0.2克N，N’ -亚甲基双丙烯酰胺和50.6克去离子水，搅拌均匀，60°C恒温反应，然后加入0.2克过硫酸铵为引发剂进行自由基聚合反应，反应20-24小时；最后将反应完毕的溶液倒入模具中，在60°C烘箱中恒温烘干，制得水凝胶。
[0014]所得的水凝胶在60°C环境下，在去离子水中的吸水率为182克/克，在pH值为4的酸性缓冲溶液中，吸水率为126克/克，在pH值为10的碱性缓冲溶液中，吸水率为152
克/克。
[0015]实施例2
将7克氢氧化钠加去离子水到20克,搅拌溶解,加入20克甲基丙烯酸,使氢氧化钠的质量为甲基丙烯酸质量的35%，进行预处理；再依次加入I克丙烯酰胺、2克丙烯酸羟乙酯、0.22克N，N’ -亚甲基双丙烯酰胺和49.56克去离子水，搅拌均匀，60°C恒温反应，然后加入0.22克过硫酸铵为引发剂进行自由基聚合反应，反应20-24小时；最后将反应完毕的溶液倒入模具中，在60°C烘箱中恒温烘干，制得水凝胶。
[0016]所得的水凝胶在60°C环境下，在去离子水中的吸水率为158克/克，在pH值为4的酸性缓冲溶液中，吸水率为115克/克，在pH值为10的碱性缓冲溶液中，吸水率为131
克/克。
[0017]实施例3
将7克氢氧化钠加去离子水到20克,搅拌溶解,加入20克甲基丙烯酸,使氢氧化钠的质量为甲基丙烯酸质量的35%，进行预处理；再依次加入I克丙烯酰胺、3克丙烯酸羟乙酯、0.24克N，N’ -亚甲基双丙烯酰胺和48.52克去离子水，搅拌均匀，60°C恒温反应，然后加入0.24克过硫酸铵为引发剂进行自由基聚合反应，反应20-24小时；最后将反应完毕的溶液倒入模具中，在60°C烘箱中恒温烘干，制得水凝胶。
[0018]所得的水凝胶在60°C环境下，在去离子水中的吸水率为136克/克，在pH值为4的酸性缓冲溶液中，吸水率为103克/克，在pH值为10的碱性缓冲溶液中，吸水率为114
克/克。
[0019]实施例4
将7克氢氧化钠加去离子水到20克,搅拌溶解,加入20克甲基丙烯酸,使氢氧化钠的质量为甲基丙烯酸质量的35%，进行预处理；再依次加入I克丙烯酰胺、4克丙烯酸羟乙酯、0.25克N，N’ -亚甲基双丙烯酰胺和47.5克去离子水，搅拌均匀，60°C恒温反应，然后加入0.25克过硫酸铵为引发剂进行自由基聚合反应，反应20-24小时；最后将反应完毕的溶液倒入模具中，在60°C烘箱中恒温烘干，制得水凝胶。
[0020]所得的水凝胶在60°C环境下，在去离子水中的吸水率为118克/克，在pH值为4的酸性缓冲溶液中，吸水率为75克/克，在pH值为10的碱性缓冲溶液中，吸水率为83克/克。
[0021]实施例5
将7克氢氧化钠加去离子水到20克,搅拌溶解,加入20克甲基丙烯酸,使氢氧化钠的质量为甲基丙烯酸质量的35%，进行预处理；再依次加入I克丙烯酰胺、5克丙烯酸羟乙酯、0.26克N，N’ -亚甲基双丙烯酰胺和46.48克去离子水，搅拌均匀，60°C恒温反应，然后加入
0.26克过硫酸铵为引发剂进行自由基聚合反应，反应20-24小时；最后将反应完毕的溶液倒入模具中，在60°C烘箱中恒温烘干，制得水凝胶。
[0022]所得的水凝胶在60°C环境下，在去离子水中的吸水率为98克/克，在pH值为4的酸性缓冲溶液中，吸水率`为68克/克，在pH值为10的碱性缓冲溶液中，吸水率为71克/克。
【权利要求】
1.一种丙烯酸类共聚物水凝胶，其特征是将定量的氢氧化钠溶于水中，加入定量的甲基丙烯酸，进行预处理；再依次加入丙烯酰胺、丙烯酸羟乙酯和N，N’ 一亚甲基双丙烯酰胺，搅拌均匀，加热到60°C恒温反应，然后加入引发剂(过硫酸铵)进行自由基聚合反应；最后将反应完毕的产物在烘箱中恒温烘干，所述的水凝胶原料包括以下组分，其重量总量为100份，各组分份量分别为: 丙烯酰胺1-3份； 甲基丙烯酸15-25份； 丙烯酸羟乙酯1- 5份； 过硫酸铵0.1-1份； N, N’ -亚甲基双丙烯酰胺0.1-1份； 氢氧化钠5- 10份； 去离子水余量。
2.根据权利要求1所述的丙烯酸类共聚物水凝胶的制备方法，其特征是自由基聚合反应的时间为20-24小时。
3.根据权利要 求1所述的丙烯酸类共聚物水凝胶的制备方法，其特征是恒温烘干的温度为60V。
【文档编号】C08F222/38GK103755860SQ201310714322
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2013年12月23日 优先权日:2013年12月23日
【发明者】陈建定, 白玉明, 王彦华 申请人:华东理工大学