專利名稱：高彈性半互穿網絡復合凝膠及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種制備高彈性的半互穿網絡復合凝膠的方法。 發明背景高聚物水凝膠是一種能大量吸水溶脹的三維網絡結構的聚合物， 一般由親水性的均 聚物或共聚物交聯而成。水凝膠不溶于水，但能在水中溶脹。在過去的幾十年中，關于環境敏感和生理敏感水凝膠的研究大量涌現，敏感性水凝 膠典型的響應方式是水凝膠體積的變化。這種體積的變化是不連續的，利用這種刺激響 應特性，水凝膠已經在以下幾個方面得到應用化學工業中用于分離；在醫學上用于藥 物的控制釋放；在機械工業上用來制作記憶元件開關、傳感器等。然而，敏感性高分子水凝膠的智能響應速率和力學性能一直是制約高分子水凝膠應 用的主要因素。近年來，出現了三種新型高強度的水凝膠合成方法拓撲凝膠，雙網絡凝膠和納米 復合凝膠。與其它兩種高強度凝膠的合成方法相比，納米復合凝膠是以一種無機粘土為 交聯劑通過原位自由基聚合形成新的結構，合成工藝簡單。申請人的研究發現，聚異-丙基丙烯酰胺/粘土納米復合水凝膠中粘土含量的提高， 凝膠的拉伸斷裂強度也大大提高，當粘土含量達到凝膠的15wt。/。時，凝膠的拉伸強度達 到lMPa。另一方面在材料拉伸斷裂強度提高的同時其斷裂延伸率卻大大降低。然而在 實際應用中需要材料具有好的綜合力學性能。 發明內容本發明的目的是提供一種高彈性半互穿網絡復合凝膠及其制備方法，以克服現有技術存在的上述缺陷。本發明的高彈性半互穿網絡復合凝膠的制備方法，包括如下步驟(1) 將預聚液I在5-15"C條件下，惰性氣氛中，引發聚合，聚合時間為20-40小 時，得到線性聚丙烯酰胺或線性聚異-丙基丙烯酰，預聚液I的組分和重量份數含量包 括單體 5-15份引發劑 0.1-0.2份催化劑 0.1-0.2份水 85-95份所說的單體選自異-丙基丙烯酰胺或丙烯酰胺；所說的引發劑選自過硫酸鉀、過硫酸銨或偶氮二異丁腈中的一種； 所說的催化劑選自N，N,N',N'-四甲基乙二胺、三乙醇胺或硫代硫酸鈉中的一種；(2) 將含有步驟(1)得到線性聚丙烯酰胺或線性聚異-丙基丙烯酰的預聚液n，在5-15。C條件下，惰性氣氛中，引發聚合，聚合時間為20-40小時，即獲得本發明的半 互穿網絡復合凝膠；所說的預聚液II的組分和重量份數包括單體 5-15份交聯劑 2-10份引發劑 0.1-0.2份催化劑 0.1-0.2份步驟(1)的線性聚丙烯酰胺或線性聚異-丙基丙烯酰0.3-5份 水 80-90份所說的單體為異-丙基丙烯酰胺；所說的交聯劑為經焦磷酸鈉改性的鋰皂石(LapcmiteXLS)，其化學結構通式為 (92.32wt%Mg5.34Li0.66Si8020(OH)4Nao.66， 7.68wt%Na4P207)，俗稱"粘土"，可采用市售 產品；所說的引發劑選自過硫酸鉀、過硫酸銨或偶氮二異丁腈中的一種； 所說的催化劑選自N,N,N',N'-四甲基乙二胺、三乙醇胺或硫代硫酸鈉中的一種； 本發明獲得的半互穿網絡復合凝膠，具有較高的綜合力學性能，對于今后拓展納米復合水凝膠應用有重要意義。
具體實施方式
以下實施例所采用的檢測方法采用文獻2006年大分子快報27巻中，朱等人的 報道中提到的方法。實施例1將1克丙烯酰胺單體溶解到28克去離子水中，攪拌溶解； 將O.Ol克過硫酸鉀溶解在2克去離子水中；然后將過硫酸鉀水溶液、0.024克催化劑N,N,N'，N'-四甲基乙二胺同時加入到丙烯酰 胺水溶液中，攪拌，形成預聚液I;向預聚液I中鼓入氮氣30分鐘，去除溶液中殘留的氧。然后將溶液注入到長60mm， 直徑5mm的玻璃管中，保持15'C，反應24小時，獲得線性的聚丙烯酰胺；將0.9克粘土溶解到28克去離子水溶液，置于150ml燒杯中攪拌2小時，形成溶 液，加入0.334克線性的聚丙烯酰胺，攪拌，然后加入3克異-丙基丙烯酰胺攪拌均勻，形成預聚液n;向預聚液II中鼓入氮氣30分鐘，去除溶液中殘留的氧。然后將溶液注入到長60mm， 直徑5mm的玻璃管中，保持5'C，反應40小時，得到半互穿網絡水凝膠。獲得的互穿網絡水凝膠在T-2(TC拉伸力學性能，按照2006年大分子快報27巻中，朱等人的報道中提到的方法進行檢測，其結果如下強度97kPa，延伸率1130%,彈性模量E1(W%.200%: 8.74N/m2，斷裂能0.95MPa。實施例2將1克丙烯酰胺單體溶解到28克去離子水中，攪拌溶解； 將0.01克過硫酸鉀溶解在2克去離子水中；然后將過硫酸鉀水溶液和0.024克催化劑三乙醇胺同時加入到丙烯酰胺水溶液中，攪 拌，形成預聚液I ;向預聚液I中鼓入氮氣30分鐘，去除溶液中殘留的氧。然后將溶液注入到長60mm， 直徑5mm的玻璃管中，保持5'C，反應40小時，獲得線性的聚丙烯酰胺；將0.9克粘土溶解到28克去離子水溶液，置于150ml燒杯中，攪拌2小時，形成 溶液，加入4.65克線性的聚丙烯酰胺，攪拌，然后加入3克異-丙基丙烯酰胺，攪拌，形成預聚液n;向預聚液II中鼓入氮氣30分鐘，去除溶液中殘留的氧。然后將溶液注入到長60mm， 直徑5mm的玻璃管中，保持5。C，反應40小時，得到半互穿網絡水凝膠。 檢測方法同實施例l,結果如下 強度86kPa，延伸率1982%,彈性模量E1()o%-2oo%: 5.68N/m2，斷裂能L80MPa。實施例3將1克異-丙烯酰胺單體溶解到28克去離子水中，攪拌溶解； 將O.Ol克過硫酸鉀溶解在2克去離子水中；然后將過硫酸鉀水溶液和0.024克催化劑硫代硫酸鈉同時加入到異-丙烯酰胺單體水 溶液中，攪拌，形成預聚液I ;向預聚液I中鼓入氮氣30分鐘，去除溶液中殘留的氧。然后將溶液注入到長60mm， 直徑5mm的玻璃管中，保持15'C，反應24小時，獲得線性的聚丙烯酰胺；將2.1克粘土溶解到28克去離子水溶液，攪拌2小時，形成溶液，然后加入0.334 克線性的聚異-丙烯酰胺，攪拌，然后再加入3克異-丙基丙烯酰胺，攪拌，形成預聚液 II;向預聚液II中鼓入氮氣30分鐘，去除溶液中殘留的氧。然后將溶液注入到長60mm， 直徑5mm的玻璃管中，保持15。C，反應40小時，得到半互穿網絡水凝膠。檢測結果如下強度86kPa，延伸率1982%，彈性模量E，。/。.2。q。/。 16.32N/m2， 斷裂能2.9MPa。實施例4將1克丙烯酰胺單體溶解到28克去離子水中，攪拌溶解； 將0.01克過硫酸鉀溶解在2克去離子水中；然后將過硫酸鉀水溶液和0.024克催化劑硫代硫酸鈉同時加入丙烯酰胺單體的水溶 液中，攪拌，形成預聚液I ;向預聚液I中鼓入氮氣30分鐘，去除溶液中殘留的氧。然后將溶液注入到長60mm， 直徑5mm的玻璃管中，保持15'C，反應24小時，獲得線性的聚丙烯酰胺；將2.1克粘土溶解到28克去離子水溶液，置于150ml燒杯中攪拌2小時，形成溶 液，然后加入4.65克線性的聚丙烯酰胺，攪拌，然后再加入3克異-丙基丙烯酰胺，攪 拌，形成預聚液II;向預聚液II中鼓入氮氣30分鐘，去除溶液中殘留的氧。然后將溶液注入到長60mm， 直徑5mm的玻璃管中，保持5'C，反應30小時，得到半互穿網絡水凝膠。 檢測結果如下強度86kPa，延伸率1982%，彈性模量E100%-200%: 5細/m2，斷裂能4.0證a。比較例1(1)將0.9克粘土溶解到28克去離子水溶液中攪拌2小時，形成溶液，然后加入3克異-丙基丙烯酰胺，攪拌；(2)將0.03克過硫酸鉀溶解在2克去離子水中； 然后將過硫酸鉀水溶液和0.024克催化劑N,N，N',N'-四甲基乙二胺加入步驟(1)的 溶液中，攪拌，形成預聚液；向預聚液中鼓入氮氣30分鐘，去除溶液中殘留的氧。然后將溶液注入到長60rnm， 直徑5mm的玻璃管中，保持5'C，反應40小時，得到納米復合水凝膠； 檢測結果如下強度103kPa，延伸率1038%，彈性模量EK)o。/。-2ooy。 9.20N/m2，斷裂能1.07MPa。比較例2(1) 將2.1克粘土溶解到28克去離子水溶液中攪拌2小時，形成溶液，加入3克異-丙基丙烯酰胺，攪拌；(2) 將0.03克過硫酸鉀溶解在2克去離子水中； 然后將過硫酸鉀水溶液和0.024克催化劑硫代硫酸鈉同時加入步驟(1)的溶液中，攪拌，形成預聚液；向預聚液中鼓入氮氣30分鐘，去除溶液中殘留的氧。然后將溶液注入到長60mm， 直徑5mm的玻璃管中，保持15'C，反應40小時，得到納米復合水凝膠。檢測結果如下強度282kPa，延伸率927%，彈性模量E，。/。.2Q。。/。 18.14N/m2， 斷裂能2.61MPa。
權利要求
1. 高彈性半互穿網絡復合凝膠的制備方法，其特征在于，包括如下步驟(1)將預聚液I引發聚合，得到線性聚丙烯酰胺或線性聚異-丙基丙烯酰，預聚液I的組分和重量份數含量包括單體 5-15份引發劑0.1-0.2份催化劑0.1-0.2份水85-95份所說的單體選自異-丙基丙烯酰胺或丙烯酰胺；(2)將含有步驟(1)的線性聚丙烯酰胺或線性聚異-丙基丙烯酰的預聚液II引發聚合，獲得半互穿網絡復合凝膠；所說的預聚液II的組分和重量份數包括單體 5-15份交聯劑2-10份引發劑0.1-0.2份催化劑0.1-0.2份步驟(1)的線性聚丙烯酰胺或線性聚異-丙基丙烯酰 0.3-5份水80-90份所說的單體為異-丙基丙烯酰胺；所說的交聯劑為經焦磷酸鈉改性的鋰皂石。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，將預聚液I在5-15'C條件下，惰性 氣氛中，引發聚合，聚合時間為20-40小時。
3. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)中，所說的引發劑選自 過硫酸鉀、過硫酸銨或偶氮二異丁腈中的一種，所說的催化劑選自N,N,N',N'-四甲基乙 二胺、三乙醇胺或硫代硫酸鈉中的一種。
4. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，將含有步驟(1)的線性聚丙烯酰 胺或線性聚異-丙基丙烯酰胺的預聚液n，在5-15'C條件下，惰性氣氛中，引發聚合， 聚合時間為20~40小時。
5. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，預聚液II中，所說的引發劑選自過 硫酸鉀、過硫酸銨或偶氮二異丁腈中的一種，所說的催化劑選自N,N,N',N'-四甲基乙二 胺、三乙醇胺或代硫酸鈉中的一種。
6. 根據權利要求1 5任一項所述的方法制備的高彈性半互穿網絡復合凝膠。
全文摘要
本發明提供了一種高彈性半互穿網絡復合凝膠及其制備方法，制備方法包括如下步驟(1)將預聚液I引發聚合，得到線性聚丙烯酰胺或線性聚異-丙基丙烯酰；(2)將含有線性聚丙烯酰胺或線性聚異-丙基丙烯酰的預聚液II引發聚合，獲得半互穿網絡復合凝膠。本發明的半互穿網絡復合凝膠，具有較高的綜合力學性能，對于拓展納米復合水凝膠應用有重要意義。
文檔編號C08K9/00GK101260173SQ200810036458
公開日2008年9月10日 申請日期2008年4月22日 優先權日2008年4月22日
發明者昊 俞, 姜永梅, 朱美芳, 彪 李, 秦宗益, 陳彥模 申請人:東華大學