專利名稱：高凝膠強度、耐鹽的兩性離子型納米復合水凝膠及制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種高凝膠強度、耐鹽的兩性離子型納米復合水凝膠 及制備方法。
技術背景高分子水凝膠是一種特殊的功能性聚合物，它具有獨特的三維網(wǎng) 絡結構可以吸收大量的溶劑而不易失去。這使其在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生物 醫(yī)藥及組織工程等方面應用廣泛。但是，水凝膠較差的機械強度極大的限制它的應用。而依靠提高 有機交聯(lián)劑的用量來增強水凝膠的凝膠強度，通常會使水凝膠變得很 脆。因此采用有機/無機納米復合的方法制備具有較高凝膠強度納米 復合水凝膠在理論和應用兩個方面具有十分重要的意義。在文獻報道 的有機/無機雜化水凝膠中，可以較好的改善凝膠機械性能的工作大 都集中在非離子型水溶性單體同無機物的復合體系。而相對于離子型 水溶性單體而言，如鄒新禧編撰的專著(超強吸水劑，化學工業(yè)出版社，1991)所述，非離子型水溶性單體雖然可以較好的同無機組分復 合，但是復合后制備的水凝膠吸收性能較差。因此，離子型水溶性單 體同無機組分的復合水凝膠對實際生產(chǎn)、生活需要具有十分重要的意 義。作為離子型納米復合凝膠中的一種特殊形式，兩性離子型納米復 合水凝膠由于其特殊的響應行為在凝膠的智能化應用方面極具前景。 但是，相關的技術還未見報道。中國專利CN 1330679C公開了一種兩性離子高吸水樹脂及制備方法。但該方法所制備的兩性離子高吸水樹脂中不含有任何無機組分，因而吸水后的凝膠強度較低。而中國專利CN 1908035A公開了一種納 米復合水凝膠的制備方法。但由于該方法所制備的納米復合水凝膠中 只含有非離子單體丙烯酰胺，因而凝膠的吸收能力較低。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種高凝膠強度、耐鹽的兩性離子型納米復合水凝膠 及制備方法。本發(fā)明的目的之一是提供一種高凝膠強度、耐鹽的兩性離子型納米復合水凝膠，其成分構成和重量百分比配比為 聚合物基質(zhì) 占凝膠重量的60-100% ，無機組分 占凝膠重量的0-40% ;所述的聚合物基質(zhì)為陰離子型水溶性單體和陽離子型水溶性單 體的共聚物，陰離子單體和陽離子單體的質(zhì)量配比是任意的；所述的陰離子型水溶性單體為丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙 磺酸(AMPS)和苯乙烯基磺酸中的一種或幾種；所述的陽離子單體為乙烯基咪唑、丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨(DAC)、 二烯丙基二甲基氯化銨(MD)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基 氯化銨(DMC)和丙烯酰氧乙基芐基二甲基氯化銨(DMABC)中的一種 或幾種；所述無機組分為鈉蒙脫土、鋰蒙脫土、經(jīng)焦磷酸鈉改性的鈉蒙脫 土或鋰蒙脫土。本發(fā)明的目的之二是提供上述的高凝膠強度、耐鹽的兩性離子型 納米復合水凝膠的制備方法，其步驟和條件如下(1) 預聚反應液的制備先將無機組分在去離子水中分散、剝 離，形成均勻穩(wěn)定的膠體分散液；然后將單體溶解在去離子水中配制 成質(zhì)量濃度為30-100%的單體溶液；在攪拌條件下將單體溶液加入到 前述的膠體分散液中，再加入交聯(lián)劑、引發(fā)劑和催化劑制得預聚反應液；所述的預聚反應液的組分及重量含量 單體 占預聚反應液重量的10-40%，無機組分占預聚反應液重量的0. 2-10%， 交聯(lián)劑 占預聚反應液重量的0. 002-0. 02%， 引發(fā)劑 占預聚反應液重量的0. 005-0. 05%， 催化劑 占預聚反應液重量的0. 001-0. 02%， 其余為去離子水；所述交聯(lián)劑為N， N-亞甲基雙丙烯酰胺；所述引發(fā)劑為過硫酸鉀、過硫酸銨或偶氮二異丁腈的一種； 所述催化劑為.N， N， N， N-四甲基乙二胺、三乙醇胺和硫代硫酸鈉中的一種；(2) 將預聚反應液在氮氣條件下，20-6(TC聚合12-30h，得到 聚合產(chǎn)物，然后將聚合產(chǎn)物在40-6(TC條件下處理3-7天，得到凝膠 強度、耐鹽的兩性離子型納米復合水凝膠。本發(fā)明提供一種高凝膠強度、耐鹽的兩性離子型納米復合水凝 膠，其吸水后凝膠的機械強度可高達225 raj/g，而且吸鹽倍率最高 可達140 g/g。
具體實施方式
實施例1先將3.0g的鈉醒T在80.0g去離子水中分散、剝離，形成均勻 穩(wěn)定的膠體分散液；然后將10. Og陰離子單體丙烯酸鈉和20. Og陽離 子單體DMC溶解在去離子水中配制成質(zhì)量濃度為50%的單體溶液；在 攪拌條件下將單體溶液加入到前述的膠體分散液中，再加入0.001 g 畫BA、 0.01 g過硫酸銨制得預聚反應液；將預聚反應液在氮氣條件下，6(TC聚合12h，得到聚合產(chǎn)物，然 后將聚合產(chǎn)物在5(TC條件下處理5天，獲得一種高凝膠強度、耐鹽 的兩性離子型納米復合水凝膠。復合凝膠的性能結果如下凝膠強度198.85 mJ/g ;吸重量濃 度0. 9%NaCl鹽水倍數(shù)60 g/g。 實施例2先將15. Og的鈉MMT在80. 0 g去離子水中分散、剝離，形成均 勻穩(wěn)定的膠體分散液；然后10. Og陰離子單體丙烯酸鈉和20. Og陽離 子單體DMC溶解在去離子水中配制成質(zhì)量濃度為50%的單體溶液；在 攪拌條件下將單體溶液加入到前述的膠體分散液中，再加入0.001 g 匪BA、 0.01 g過硫酸銨制得預聚反應液；將預聚反應液在氮氣條件下，6(TC聚合12h，得到聚合產(chǎn)物，然 后將聚合產(chǎn)物在5(TC條件下處理5天，獲得一種高凝膠強度、耐鹽 的兩性離子型納米復合水凝膠。復合凝膠的性能結果如下 凝膠強度124.58 mJ/g吸重量濃度0. 9%NaCl鹽水倍數(shù)90 g/g;實施例3先將3.0g的鈉MMT在80.0g去離子水中分散、剝離，形成均勻 穩(wěn)定的膠體分散液；然后3. Og陰離子單體丙烯酸鈉和27. Og陽離子 單體DMC溶解在去離子水中配制成質(zhì)量濃度為50%的單體溶液；在攪 拌條件下將單體溶液加入到前述的膠體分散液中，再加入0.001 g 醒BA、 0.01 g過硫酸銨制得預聚反應液；將預聚反應液在氮氣條件下，5CTC聚合20h，得到聚合產(chǎn)物，然 后將聚合產(chǎn)物在4CTC條件下處理7天，獲得一種高凝膠強度、耐鹽 的兩性離子型納米復合水凝膠。復合凝膠的性能結果如下凝膠強度24.96 mj/g ;吸重量濃 度0.9。/oNaCl鹽水倍數(shù)110 g/g。 實施例4先將3.0g的鋰MMT在80.0g去離子水中分散、剝離，形成均勻 穩(wěn)定的膠體分散液；然后10. Og陰離子單體苯乙烯磺酸鈉和20. Og陽 離子單體DAC溶解在去離子水中配制成質(zhì)量濃度為30%的單體溶液； 在攪拌條件下將單體溶液加入到前述的膠體分散液中，再加入0. 001 g麗BA、 0. 01 g過硫酸銨制得預聚反應液；將預聚反應液在氮氣條件下，5CTC聚合20h，得到聚合產(chǎn)物，然 后將聚合產(chǎn)物在4(TC條件下處理7天，獲得一種高凝膠強度、耐鹽 的兩性離子型納米復合水凝膠。復合凝膠的性能結果如下凝膠強度201.64mJ/g ;吸重量濃 度0.9。/。NaCl鹽水倍數(shù)70 g/g。 實施例5先將3.0g的鈉MMT在40.0g去離子水中分散、剝離，形成均勻穩(wěn)定的膠體分散液；然后10. 0g陰離子單體丙烯酸鈉和20. 0g陽離子 單體DMC溶解在去離子水中配制成質(zhì)量濃度為90%的單體溶液；在攪 拌條件下將單體溶液加入到前述的膠體分散液中，再加入0.001 g 匪BA、 0.01 g過硫酸銨制得預聚反應液；將預聚反應液在氮氣條件下，5CTC聚合20h，得到聚合產(chǎn)物，然 后將聚合產(chǎn)物在4(TC條件下處理7天，獲得一種高凝膠強度、耐鹽 的兩性離子型納米復合水凝膠。復合凝膠的性能結果如下凝膠強度224.58mJ/g ;吸重量濃 度O. 9MNaCl鹽水倍數(shù)50 g/g。 實施例6先將2. 0g的經(jīng)焦磷酸鈉改性的鈉蒙脫土在80. 0 g去離子水中分 散、剝離，形成均勻穩(wěn)定的膠體分散液；然后10.0g陰離子單體丙烯 酸鈉和20. 0g陽離子單體DAD溶解在去離子水中配制成質(zhì)量濃度為 50%的單體溶液；在攪拌條件下將單體溶液加入到前述的膠體分散液 中，再加入0.005 g NMBA、 0.08g偶氮二異丁腈制得預聚反應液；將預聚反應液在氮氣條件下，6(TC聚合20h，得到聚合產(chǎn)物，然 后將聚合產(chǎn)物在4(TC條件下處理7天，獲得一種高凝膠強度、耐鹽 的兩性離子型納米復合水凝膠。復合凝膠的性能結果如下凝膠強度205.35raJ/g ;吸重量濃 度0. 9%NaCl鹽水倍數(shù)65 g/g。 實施例7先將3.0g的鈉麗T在40.0g去離子水中分散、剝離，形成均勻 穩(wěn)定的膠體分散液；然后10. Og陰離子單體丙烯酸鈉和20. Og陽離子單體DMC溶解在去離子水中配制成質(zhì)量濃度為90%的單體溶液；在攪 拌條件下將單體溶液加入到前述的膠體分散液中，再加入0.01 g 麗BA、 0.1 g過硫酸銨、0.025gTMEMD，制得預聚反應液;將預聚反應液在氮氣條件下，2(TC聚合20h，得到聚合產(chǎn)物，然 后將聚合產(chǎn)物在6(TC條件下處理3天，獲得一種高凝膠強度、耐鹽 的兩性離子型納米復合水凝膠。復合凝膠的性能結果如下凝膠強度200.68mJ/g ;吸重量 濃度O. 9"/。NaCl鹽水倍數(shù)80 g/g 。 實施例8先將0.5g的鈉匪T在40.0g去離子水中分散、剝離，形成均勻 穩(wěn)定的膠體分散液；然后10. Og陰離子單體AMPS和20. Og陽離子單 體DMABC溶解在去離子水中配制成質(zhì)量濃度為90%的單體溶液；在攪 拌條件下將單體溶液加入到前述的膠體分散液中，再加入0.01 g 麗BA、 0.0075g過硫酸鉀、0.015g硫代硫酸鈉，制得預聚反應液；將預聚反應液在氮氣條件下，35。C聚合12h，得到聚合產(chǎn)物，然 后將聚合產(chǎn)物在50。C條件下處理5天，獲得一種高凝膠強度、耐鹽 的兩性離子型納米復合水凝膠。復合凝膠的性能結果如下凝膠強度156.50 mJ/g ;吸重量濃 度0. 9%NaCl鹽水倍數(shù)88 g/g。
權利要求
1、高凝膠強度、耐鹽的兩性離子型納米復合水凝膠，其特征在于，其成分構成和重量百分比配比為聚合物基質(zhì)占凝膠重量的60-100％，無機組分占凝膠重量的0-40％；所述的聚合物基質(zhì)為陰離子型水溶性單體和陽離子型水溶性單體的共聚物，陰離子單體和陽離子單體的質(zhì)量配比是任意的；所述的陰離子型水溶性單體為丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)和苯乙烯基磺酸中的一種或幾種；所述的陽離子單體為乙烯基咪唑、丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨(DAC)、二烯丙基二甲基氯化銨(DAD)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨(DMC)和丙烯酰氧乙基芐基二甲基氯化銨(DMABC)中的一種或幾種；所述無機組分為鈉蒙脫土、鋰蒙脫土、經(jīng)焦磷酸鈉改性的鈉蒙脫土或鋰蒙脫土。
2、 如權利要求1所述的高凝膠強度、耐鹽的兩性離子型納米復合水凝膠的制備方法，其步驟和條件如下(1)預聚反應液的制備先將無機組分在去離子水中分散、剝 離，形成均勻穩(wěn)定的膠體分散液；然后將單體溶解在去離子水中配制 成質(zhì)量濃度為30-100%的單體溶液；在攪拌條件下將單體溶液加入到 前述的膠體分散液中，再加入交聯(lián)劑、引發(fā)劑和催化劑制得預聚反應 液；所述的預聚反應液的組分及重量百分比配比為 單體 占預聚反應液重量的10-40%，無機組分占預聚反應液重量的0. 2-10%， 交聯(lián)劑 占預聚反應液重量的0. 002-0. 02%, 引發(fā)劑 占預聚反應液重量的0. 005-0. 05%， 催化劑 占預聚反應液重量的0. 001-0. 02%， 其余為去離子水；所述交聯(lián)劑為N， N-亞甲基雙丙烯酰胺； 所述引發(fā)劑為過硫酸鉀、過硫酸銨或偶氮二異丁腈的一種； 所述催化劑為N， N， N ， N-四甲基乙二胺、三乙醇胺和硫代硫 酸鈉中的一種；(2)將預聚反應液在氮氣條件下，20-6(TC聚合12-30h，得到 聚合產(chǎn)物，然后將聚合產(chǎn)物在40-6(TC條件下處理3-7天，得到凝膠 強度、耐鹽的兩性離子型納米復合水凝膠。
全文摘要
本發(fā)明涉及高凝膠強度、耐鹽的兩性離子型納米復合水凝膠及制備方法。該水凝膠由占凝膠重量的60-100％的聚合物基質(zhì)和占凝膠重量的0-40％的無機組分組成。其制法是先制備預聚反應液將無機組分在去離子水中分散、剝離，形成均勻穩(wěn)定的膠體分散液；然后將單體溶解在去離子水中配制成質(zhì)量濃度為30-100％的單體溶液；在攪拌條件下將單體溶液加入到前述的膠體分散液中，再加入交聯(lián)劑、引發(fā)劑和催化劑制得預聚反應液；將預聚反應液在氮氣條件下，20-60℃聚合12-30h，得到聚合產(chǎn)物，然后將聚合產(chǎn)物在40-60℃條件下處理3-7天，得到的該水凝膠吸水后凝膠的機械強度達225mJ/g，吸鹽倍率達140g/g。
文檔編號C08F212/14GK101270173SQ20071005635
公開日2008年9月24日 申請日期2007年11月27日 優(yōu)先權日2007年11月27日
發(fā)明者劉曉光, 宋春雷, 張文德, 昆 徐, 王丕新, 蘇雪峰 申請人:中國科學院長春應用化學研究所