一种增韧型聚乙烯醇复合水凝胶及其应用
【专利摘要】本发明提供了一种增韧型聚乙烯醇复合水凝胶及其应用，本发明使用聚乙烯醇、增韧线性大分子链和硼化合物配制成双组份复合水凝胶。应用时将等体积的两个组分分别装入双组分液体喷枪的两个储液容器，用喷枪喷洒覆盖于危险化学品表面，两个组分快速反应生成水凝胶，阻断危险化学品的挥发扩散。该增韧型聚乙烯醇复合水凝胶具有凝胶速度快、拉伸性能强不易破裂等特点。
【专利说明】一种増韧型聚乙烯醇复合水凝胶及其应用
[0001] 所属领域：
[0002] 本发明涉及聚乙烯醇复合水凝胶的制备方法及其应用，具体涉及一种增韧型聚乙 烯醇复合水凝胶及将其用于覆盖防护危险化学品技术。
【背景技术】：
[0003] 对于公众场所、实验室等地方洒落或者泄露的危险化学品，在对其进行专业处理 前，利用快速成型的覆盖材料阻断危险化学品的挥发扩散，可以有效降低对环境的污染和 人类的危害。快速凝胶化水凝胶作为一种可以由液体在应用部位快速固化的材料，是一种 成膜性很好的高分子覆盖材料。
[0004] 关于快速凝胶化水凝胶，国内外已经有很多研究，例如，Wu通过使用一种阴离子型 表面活性剂，十二烷基硫酸钠加速了丝纤蛋白的凝胶化过程[Wu，X. Hou，J. Li，M. Wang， J.Kaplan，D.L.Lu，S. Acta Biomater .2012,8,2185-2192] aBalakrishnan利用氧化的海藻 酸盐和明胶原位制备了支架水凝胶[Balakr i shnan，B · Mohanty，Μ · Umashankar， P.R. Jayakrishnan，A.Biomaterials · 2005,26,6335-6342]。但是这些快速凝胶化水凝胶前 期过程都较为复杂，多用于医学目的，如人体创伤面水凝胶绷带、药物释放、软组织材料。这 些材料如果大量用于危险化学品的覆盖，成本较高。
[0005] 聚乙烯醇作为一种无毒、低成本的水溶性高分子，在很多实际应用上具有潜在价 值。聚乙烯醇极易与硼酸、硼砂等硼化合物发生快速交联反应，形成凝胶。但是聚乙烯醇与 硼酸、硼砂等硼化物快速凝胶化而生成的水凝胶拉伸性能较差，在凹凸不平的应用部位容 易破裂。半互穿网络水凝胶是一条或者多条线性大分子链贯穿于聚合物网络中间，通过改 变水凝胶的内部结构，从分子水平来改善水凝胶的拉伸性能。一些天然的高分子聚合物或 合成的高分子聚合物常常作为贯穿的增韧线性大分子链，例如海藻酸钠、聚乙二醇、壳聚糖 等。
[0006] 目前将聚乙烯醇复合水凝胶用于危险化学品现场覆盖，快速阻断或延迟危险化学 品的挥发扩散的应用未见文献报道。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是提供一种增韧型聚乙烯醇复合水凝胶，及将其应用于危险化学品 现场覆盖。
[0008] 本发明提供的增韧型聚乙烯醇复合水凝胶，包含两个组分，配方如下：
[0009]组分A:是含有聚乙烯醇和增韧线性大分子链的水溶液，其中聚乙烯醇的浓度为 120.0~380.0 mg/mL;增韧线性大分子链为海藻酸钠或聚乙二醇，其中海藻酸钠的浓度为2 ~30mg/mL，聚乙二醇的浓度为5~60mg/mL;
[0010] 组分B:是硼化合物的水溶液，其中硼化合物为硼酸或硼砂；硼酸的浓度为20~ 70mg/mL;硼砂的浓度为2~70mg/mL。
[0011] 较佳的配方是：
[0012] 组分A:聚乙烯醇的浓度为130.0~350.0 mg/mL;增韧线性大分子链为海藻酸钠或 聚乙二醇，其中海藻酸钠的浓度为5~20mg/mL，聚乙二醇的浓度为10~40mg/mL;
[0013] 组分B:是硼化合物的水溶液，其中硼化合物为硼酸或硼砂；硼酸的浓度为40~ 60mg/mL;硼砂的浓度为5~26mg/mL。
[0014] 该增韧型聚乙烯醇复合水凝胶的应用，利用双组分液体喷枪，将等体积的组分A与 组分B装入喷枪的两个储液容器，用喷枪喷洒覆盖于危险化学品表面，两个组分快速反应生 成水凝胶，阻断危险化学品的挥发扩散。
[0015] 复合水凝胶性能表征
[0016] 凝胶化时间测定:在磁力搅拌器上将组分A和组分B混合，设置搅拌速度为120rpm/ min并开始计时，磁子停止搅拌后，停止计时，所需时间即为凝胶化时间。
[0017]拉伸性能测试:将水凝胶割成50mmX 15mmX 1mm的条状样品，用FPT-F1摩擦系数/ 剥离试验仪对水凝胶的拉伸性进行表征，试验仪的参数设置为:拉伸速率为300mm/min，拉 伸时间为70 s，绘制材料的应力-应变曲线。
[0018] 本发明的有益效果是:利用聚乙烯醇与硼化合物的快速交联，以及增韧线性大分 子链的贯穿作用，制备拉伸性强的增韧型聚乙烯醇复合水凝胶。首次将快速凝胶化的聚乙 烯醇复合水凝胶应用于危险化学品的快速覆盖，利用聚乙烯醇复合水凝胶对危险化学品现 场覆盖，可以阻隔或者至少延迟危险化学品的挥发扩散，从而降低对人类的伤害，提供更多 的时间对危险化学品进行专业处理。
【附图说明】
[0019] 图1是实施例1的增韧型聚乙烯醇复合水凝胶的扫描电镜(SEM)图。
[0020] 图2是实施例2的增韧型聚乙烯醇复合水凝胶的应力-应变(拉伸性能）曲线图。 具体实施例
[0021] 实施例1
[0022] 将12.90g的聚乙烯醇和2.50g的海藻酸钠溶解于lOOmL的水溶液中，得到聚乙烯醇 浓度为129. Omg/mL、海藻酸钠浓度为25. Omg/mL的组分A;
[0023] 将2.58g的硼砂溶解于lOOmL的水溶液中，得到硼砂浓度为25.8mg/mL的组分B。
[0024]在电磁搅拌下，将组分B(lmL)快速加入到组分A(lmL)中，约100秒后水凝胶形成。 [0025]图1为上述水凝胶的扫描电镜图，为半互穿三维网络结构，海藻酸钠均匀的贯穿在 整个网络结构中，孔径约为20μπι。
[0026] 实施例2
[0027] 将35.50g的聚乙烯醇和1.50g的海藻酸钠溶解于lOOmL的水溶液中，得到聚乙烯醇 浓度为355. Omg/mL、海藻酸钠浓度为15. Omg/mL的组分A;
[0028] 将1.42g的硼砂溶解于lOOmL的水溶液中，得到硼砂浓度为14.2mg/mL的组分B。
[0029]在电磁搅拌下，将组分B(lmL)快速加入到组分A(lmL)中，约59秒后水凝胶形成。 [0030]图2为上述水凝胶的拉伸性能图，最大拉伸强度为69.25kPa。海藻酸钠的加入，使 水凝胶形成半互穿网络结构，分子链间的作用力增强，从而使凝胶在形变过程中拉伸强度 增大，不易破裂。
[0031] 实施例3:
[0032] 将20.20g的聚乙烯醇和0.40g的海藻酸钠溶解于100mL的水溶液中，得到聚乙烯醇 浓度为202. Omg/mL、海藻酸钠浓度为4. Omg/mL的组分A;
[0033] 将5.60g的硼砂溶解于100mL的水溶液中，得到硼砂浓度为56. Omg/mL的组分B。 [0034]测定其凝胶化时间为99秒。
[0035] 实施例4
[0036] 将27.40g的聚乙烯醇和l.OOg的聚乙二醇溶解于100mL的水溶液中，得到聚乙烯醇 浓度为274. Omg/mL、聚乙二醇浓度为10.0 mg/mL的组分A;
[0037] 将0.40g的硼砂溶解于100mL的水溶液中，得到硼砂浓度为4. Omg/mL的组分B。
[0038]测定其凝胶化时间为28秒。
[0039] 实施例5
[0040] 将27.40g的聚乙烯醇和6.00g的聚乙二醇溶解于100mL的水溶液中，得到聚乙烯醇 浓度为274. Omg/mL、聚乙二醇浓度为60.0 mg/mL的组分A;
[00411 将7.00g的硼酸溶解于100mL的水溶液中，得到硼酸浓度为70.0 mg/mL的组分B。 [0042]测定其凝胶化时间为68秒。
[0043] 实施例6:
[0044]将27.40g的聚乙烯醇和5.00g的海藻酸钠溶解于100mL的水溶液中，得到聚乙烯醇 浓度为274. Omg/mL、海藻酸钠浓度为50.0 mg/mL的组分A;
[0045] 将2.00g的硼酸溶解于100mL的水溶液中，得到硼酸浓度为20.0 mg/mL的组分B。 [0046]测定其凝胶化时间为58秒。
[0047]应用例1:增韧型聚乙烯醇复合水凝胶对氰化钠的防护性能测试
[0048] 测试装置由样品室（内径56mm，高度45mm)，吸收瓶（5mL)、和空气采样器（流速： 0.2L/min)通过橡胶管连接而成。
[0049] 具体测试步骤为:先将危险化学品氰化钠均匀平铺在样品室底部，然后在危险化 学品的表面覆盖厚度为3~10mm的水凝胶，吸收瓶中加入针对危险化学品的吸收液;每间隔 4小时，使用与吸收液相同的溶剂冲洗凝胶表面，留样。吸收瓶与凝胶表面的危险化学品总 量为渗出的危险化学品。其中，氰化钠在样品室的初始浓度均为l〇〇g/m 2,氰化钠的吸收液 为去离子水，用氰离子浓度计测试氰化钠含量。
[0050] 测试样品：分别将实施例2中的组分A、B等体积快速混合，制备厚度为3mm、5mm、 l〇mm厚的的水凝胶。覆盖于氰化钠表面。水凝胶对氰化钠的防护性能测试数据见表1。
[0051 ]表1水凝胶对氰化钠的防护性能
[0053]由表1可见，氰化钠的渗出浓度随时间的增长而增大，随厚度的增加而降低，当水 凝胶的厚度为3mm时，一天以内超过97.3 %的氰化钠可以被有效防护，当水凝胶的厚度为 10_时，超过99.8 %的氰化钠可以被有效防护。水凝胶对氰化钠具有较好的防护效果。 [0054]应用例2:增韧型聚乙烯醇复合水凝胶对敌敌畏的防护性能
[0055] 按照应用例1的方法进行测试，所不同的是敌敌畏的吸收液为二氯甲烷，用气相色 谱测试敌敌畏含量。
[0056] 测试样品：分别将实施例2中的组分A、B等体积快速混合，制备厚度为3mm、5mm、 l〇mm厚的的水凝胶，覆盖于敌敌畏表面。水凝胶对敌敌畏的防护性能测试数据见表2。
[0057]表2水凝胶对敌敌畏的防护性
[0059]由表2可见，当水凝胶的厚度为3mm时，一天以内，超过99.3%的敌敌畏可以被有效 防护；当水凝胶厚度为5mm时，4小时以内没有敌敌畏渗出；当水凝胶的厚度为10mm时，8小时 内没有敌敌畏渗出。水凝胶对敌敌畏具有较好的防护效果。
【主权项】
1. 一种增韧型聚乙烯醇复合水凝胶，该水凝胶包含两个组分： 组分A:是含有聚乙烯醇和增韧线性大分子链的水溶液，其中聚乙烯醇的浓度为120.0 ~380.0 mg/mL;增韧线性大分子链为海藻酸钠或聚乙二醇，其中海藻酸钠的浓度为2~ 30mg/mL，聚乙二醇的浓度为5~60mg/mL; 组分B:是硼化合物的水溶液，其中硼化合物为硼酸或硼砂；硼酸的浓度为20~70mg/ mL;硼砂的浓度为2~70mg/mL。2. 根据权利要求1所述的增韧型聚乙烯醇复合水凝胶，其特征是： 组分A:聚乙烯醇的浓度为130.0~350.0 mg/mL;增韧线性大分子链为海藻酸钠或聚乙 二醇，其中海藻酸钠的浓度为5~20mg/mL，聚乙二醇的浓度为10~40mg/mL; 组分B:是硼化合物的水溶液，其中硼化合物为硼酸或硼砂；硼酸的浓度为40~60mg/ mL;硼砂的浓度为5~26mg/mL。3. -种权利要求1所述的增韧型聚乙烯醇复合水凝胶的应用，将等体积的组分A与组分 B装入双组分液体喷枪的两个储液容器，用喷枪喷洒覆盖于危险化学品表面，两个组分快速 反应生成水凝胶，阻断危险化学品的挥发扩散。
【文档编号】C08K3/38GK105885064SQ201610239949
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月18日
【发明人】王志华, 原乐
【申请人】北京化工大学