一种PAAm/PVA双网络水凝胶及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及高含水率、高强度水凝胶技术领域，特别是一种基于丙烯酰胺(AAm)和聚乙烯醇(PVA)的PAAm/PVA双网络水凝胶及其制备方法。
【背景技术】
[0002]水凝胶是在亲水高分子网络中含有大量的水，它与人体组织的结构非常接近，人工合成的水凝胶在应用中的关键问题之一就是强度比较低，不能满足应用环境的需要。自从2003年龚建苹等制备出双网络水凝胶以来(Adv.Mater.2003，15，N0.14，July 17)，这种高强度、高含水率的水凝胶就受到了科研工作者的重视。双网络水凝胶的结构特点是包含2种相互独立的网络结构:一种为交联密度较高的聚电解质网络结构，；另一种为低交联或不交联的中性网络结构。研宄人员把重点集中在如果用常规的化学原料，通过简单的办法制备出高含水率、高强度的双网络水凝胶。目前公布的双网络水凝胶存在如下缺点，第一，制备方法复杂，时间长，以龚建苹等人的方法为例，其要经过两次聚合，每次聚合要10个小时；第二，第一次聚合的水凝胶在第二次聚合中体积会溶胀10倍以上，且第一次聚合所得的水凝胶强度非常低，这些特点对应用都非常不利。
[0003]可见，从有利于实际应用的角度出发，开发出高含水率、高强度的、制备简单、低溶胀的水凝胶是十分必要的。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种高含水率、高强度、低溶胀、制备简单的PAAm/PVA双网络水凝胶材料。本发明还涉及该双网络水凝胶的制备方法。
[0005]一种PAAm/PVA双网络水凝胶，其基于聚乙烯醇(PVA)和聚丙烯酰胺(PAAm)形成，交联的聚丙烯酰胺构成一个高分子网络，聚乙烯醇穿插在聚丙烯酰胺的所述高分子网络间；其中所述PAAm/PVA双网络水凝胶由所述聚乙烯醇和聚丙烯酰胺、引发剂、交联剂的混合水溶液聚合产生，并经过交联剂溶液的浸泡制成。
[0006]如前述的PAAm/PVA双网络水凝胶，所述交联剂溶液为硼酸钠水溶液，其促使所述双网络水凝胶中的聚乙烯醇交联。
[0007]如前述的PAAm/PVA双网络水凝胶，所述交联剂溶液为戊二醛水溶液，其促使所述双网络水凝胶中的聚乙烯醇与聚丙烯酰胺的所述高分子网络链接。
[0008]如前述的PAAm/PVA双网络水凝胶，所述双网络水凝胶的饱和吸水率EWC通过干燥法测得在85%以上，在平板压缩测试中压缩比在大于95%时没有结构破坏，通过2毫米厚铁片切割法测得的断裂强度为4.SMpa以上。
[0009]一种制备PAAm/PVA双网络水凝胶的方法，按照下述工艺过程制备而成:
[0010]a.将聚乙烯醇(PVA)溶于去离子水中，配制成浓度为I %?20%的聚乙烯醇(PVA)水溶液S 1
[0011]b.将丙烯酰胺(AAm)、引发剂、交联剂溶于去离子水，得到溶液S2 ;其中，丙烯酰胺(AAm)的摩尔浓度在0.1?8mol/L之间，交联剂的摩尔浓度为丙烯酰胺(AAm)摩尔浓度的0.0l?0.5%，引发剂的摩尔浓度为丙烯酰胺(AAm)摩尔浓度的0.02?5%。
[0012]c.将溶液SI和S2按照1: 8?8:1混合，得到水溶液S3。
[0013]d.根据所选用的弓丨发剂的不同，通过热或/和光或/和氧化还原引发S3溶液发生聚合反应。
[0014]e.聚合反应完成后，在去离子水中浸泡，得到PAAm/PVA双网络水凝胶。
[0015]如前述的方法，其中的工艺过程还包括:
[0016]f.将步骤e所得到的所述水凝胶浸泡于0.001?4mol/L的交联剂溶液，以使聚乙烯醇(PVA)适度交联，改善PAAm/聚乙烯醇(PVA)双网络水凝胶的性能。
[0017]如前述的方法，所述交联剂溶液包括硼酸钠水溶液，其促使PAAm/PVA双网络水凝胶中的聚乙烯醇交联。
[0018]如前述的方法，所述交联剂溶液包括戊二醛水溶液，其促使PAAm/PVA双网络水凝胶的聚乙烯醇与聚丙烯酰胺链接。
[0019]本发明制备的PAAm/PVA双网络水凝胶，是通过一步法制备的，聚合时间一般在半小时左右。其饱和吸水率EWC可以通过干燥法测得，实验测得该水凝胶的EWC都在85%以上。其机械性能通过拉伸/压缩设备测得。该双网络水凝胶在压缩比大于95%是没有结构破坏，用2毫米厚铁片切割法测得其断裂强度为4.SMpa以上。
[0020]本发明优点主要是制备工艺简单，所得水凝胶体积溶胀率低。
【附图说明】
[0021]图1.PAAm/PVA双网络水凝胶的平板压缩测试照片
[0022]图2.PAAm/PVA双网络水凝胶的2毫米厚铁片切割测试照片
[0023]图3.PAAm/PVA双网络水凝胶的2毫米厚铁片切割测试结果
【具体实施方式】
[0024]实施例1
[0025]1.将4g聚乙烯醇(PVA)在80度下溶解在36毫升去离子水中，充分溶解后得溶液Sl0
[0026]2.配置3M丙烯酰胺、0.003M N，N’_亚甲基双丙烯酰胺、0.003M过硫酸铵水溶液，得溶液S2。
[0027]3.把溶液SI和S2按照体积1: 2混合，均匀后密封在塑料或玻璃容器中在水浴中60度加热2小时。
[0028]4.去取制备好的水凝胶，在去离子水中浸泡I到7天。得高强度水凝胶。
[0029]实施例2
[0030]1.将4g聚乙烯醇(PVA)在80度下溶解在72毫升去离子水中，充分溶解后得溶液
Slo
[0031]2.配置5M丙烯酰胺、0.004M N，N’-亚甲基双丙烯酰胺、0.004M过硫酸铵水溶液，得溶液S2。
[0032]3.把溶液SI和S2按照1: 3混合，均匀后密封在塑料或玻璃容器中在水浴中60度加热2小时。
[0033]4.去取制备好的水凝胶，在去离子水中浸泡I到7天。得高强度水凝胶。
[0034]5.所得水凝胶在0.1M的硼酸钠水溶液中浸泡I小时，得到水凝胶再在去离子水中浸泡I到7天。得到改性的高强度水凝胶。
[0035]实施例3
[0036]1.将4g聚乙烯醇(PVA)在80度下溶解在50毫升去离子水中，充分溶解后得溶液
Slo
[0037]2.配置4M丙烯酰胺、0.005M N，N’_亚甲基双丙烯酰胺、0.003M过硫酸铵水溶液，得溶液S2。
[0038]3.把溶液SI和S2按照1:1混合，均匀后密封在塑料或玻璃容器中在水浴中60度加热2小时。
[0039]4.去取制备好的水凝胶，在去离子水中浸泡I到7天。得高强度水凝胶。
[0040]5.所得水凝胶在0.1M的戊二醛水溶液中浸泡4小时，得到水凝胶再在去离子水中浸泡I到7天。得到改性的高强度水凝胶。
【主权项】
1.一种PAAm/PVA双网络水凝胶，其基于聚乙烯醇(PVA)和聚丙烯酰胺(PAAm)形成，其特征在于交联的聚丙烯酰胺构成一个高分子网络，聚乙烯醇穿插在聚丙烯酰胺的所述高分子网络间；其中所述PAAm/PVA双网络水凝胶由所述聚乙烯醇和聚丙烯酰胺、引发剂、交联剂的混合水溶液聚合产生。
2.如权利要求1所述的PAAm/PVA双网络水凝胶，其特征在于，所述交联剂溶液为硼酸钠水溶液，其促使所述双网络水凝胶中的聚乙烯醇交联。
3.如权利要求1所述的PAAm/PVA双网络水凝胶，其特征在于，所述交联剂溶液为戊二醛水溶液，其促使所述双网络水凝胶中的聚乙烯醇与聚丙烯酰胺的所述高分子网络链接。
4.如权利要求1-3中任一所述的PAAm/PVA双网络水凝胶，其特征在于，所述双网络水凝胶的饱和吸水率通过干燥法测得在85%以上，在平板压缩测试中压缩比在大于95%时没有结构破坏，通过2毫米厚铁片切割法测得的断裂强度为4.SMpa以上。
5.如权利要求1-3中任一所述的PAAm/PVA双网络水凝胶，其特征在于，所述双网络水凝胶还经过交联剂溶液的浸泡制成。
6.一种制备PAAm/PVA双网络水凝胶的方法，其特征在于按照下述工艺过程制备而成: a.将聚乙烯醇溶于去离子水中，配制成浓度为0.2%?20%的聚乙烯醇水溶液SI ; b.将丙烯酰胺、引发剂、交联剂溶于去离子水，得到溶液S2;其中，丙烯酰胺的摩尔浓度在0.1?8mol/L之间，交联剂的摩尔浓度为丙烯酰胺摩尔浓度的0.01?0.5%，引发剂的摩尔浓度为丙烯酰胺摩尔浓度的0.02?5% ; c.将溶液SI和S2按照1: 8?8:1混合，得到水溶液S3; d.通过热或/和光或/和氧化还原引发S3溶液发生聚合反应； e.聚合反应完成后，在去离子水中浸泡，得到PAAm/PVA双网络水凝胶。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述工艺过程还包括: f.将步骤e所得到的所述水凝胶浸泡于0.001?4mol/L的交联剂溶液，以使聚乙烯醇(PVA)适度交联，改善PAAm/聚乙烯醇(PVA)双网络水凝胶的性能。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述交联剂溶液包括硼酸钠水溶液，其促使PAAm/PVA双网络水凝胶中的聚乙烯醇交联。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述交联剂溶液包括戊二醛水溶液，其促使PAAm/PVA双网络水凝胶的聚乙烯醇与聚丙烯酰胺链接。
10.如权利要求6-9中任一项所述的方法，其特征在于，所述双网络水凝胶的饱和吸水率通过干燥法测得在85%以上，在平板压缩测试中压缩比在大于95%时没有结构破坏，通过2毫米厚铁片切割法测得的断裂强度为4.SMpa以上。
【专利摘要】本发明提供了一种PAAm/PVA双网络水凝胶及其制备方法，所述双网络水凝胶是一种基于丙烯酰胺(AAm)和聚乙烯醇(PVA)的高强度、高含水量的PAAm/PVA双网络水凝胶，按下述方法制备而成：将聚乙烯醇溶解在水中，得到溶液S1；将丙烯酰胺、交联剂、引发剂溶解在水中，得到溶液S2；将溶液S1和S2按照一定的比例混合，得到溶液S3；通过热或/和光或/和氧化还原引发聚合，得到PAAm/PVA双网络水凝胶。该双网络水凝胶还可以进一步通过戊二醛、硼酸钠等交联剂进一步交联以改变其机械性能。本发明的PAAm/PVA双网络水凝胶具有高平衡吸水率(EWC)、高强度、制备方便、一次成型、低溶胀等特点。
【IPC分类】C08L29-04, C08F222-38, C08J3-24, C08K5-07, C08F220-56, C08L33-26, C08K3-38, C08J3-075
【公开号】CN104693456
【申请号】CN201510110134
【发明人】郭兴林, 江雷
【申请人】北京天恒盛通科技发展有限公司
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年3月13日