一種水凝膠及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于材料化學(xué)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種是水凝膠及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 敏感型水凝膠是目前研究的較為熱口的材料，它是一類(lèi)對(duì)外界刺激的變化做出敏 銳響應(yīng)的水凝膠，典型的響應(yīng)方式就是水凝膠的體積變化。利用該種刺激響應(yīng)可用于藥物 的控制釋放、電子元件中的記憶開(kāi)關(guān)、傳感器W及人工肌肉等。在水凝膠實(shí)際應(yīng)用中，大都 具有溶脹速度慢的缺點(diǎn)，該就大大限制了敏感型水凝膠的應(yīng)用前景。
[0003] 對(duì)水凝膠的收縮膨脹的機(jī)理研究表明，水凝膠溶脹平衡達(dá)到的時(shí)間與水凝膠線(xiàn)性 尺寸成正比，即t~dVr，其中t為溶脹平衡所需時(shí)間，D為水凝膠線(xiàn)性尺寸，R為水凝膠擴(kuò) 散系數(shù)。一般的傳統(tǒng)水凝膠D值都非常?。╨(r-l(r 6cm2/S)。因而傳統(tǒng)水凝膠的響應(yīng)速度都 較慢，文獻(xiàn)已報(bào)道的提高溶脹速率的方法有W下幾種：
[0004] (1)增大水凝膠的比表面積。例如對(duì)于塊狀或粒狀的水凝膠可通過(guò)粉碎機(jī)、球磨機(jī) 等進(jìn)行粉碎，得到微細(xì)粉末，增大比表面積，與水接觸面積增大，溶脹速率就會(huì)加快。還可W 使用包括乳液聚合等方法合成直徑較小的水凝膠微球，也可顯著縮短溶脹所需時(shí)間。但由 于制備條件要求較高，且實(shí)際生活中要求使用稍大尺寸水凝膠，因此該方法應(yīng)用范圍有限。
[0005] (2)使水凝膠的親水基團(tuán)多樣化。例如將N，N-亞甲基雙丙締酷胺交聯(lián)的聚丙締酸 鹽水凝膠，在攬拌下加至聚環(huán)氧己燒壬基苯酪離和甲醇的水溶液中，將溶劑過(guò)濾、干燥、粉 碎后，顯著提高溶脹速率。
[0006] (3)采用特殊的合成方法制備水凝膠。例如可采用丙締酸鹽與駿甲基纖維素接枝 共聚的方法W及與聚己締醇互穿網(wǎng)絡(luò)等方法，能達(dá)到快速溶脹的目的。還可利用丫射線(xiàn)福 照聚合單締類(lèi)單體得到純凈、快速溶脹的水凝膠。但該些方法合成條件嚴(yán)格，沒(méi)有普遍性， 對(duì)其他單體不一定適用。
[0007] (4)合成多孔水凝膠，使水凝膠內(nèi)部有細(xì)微的管道，有利于水的進(jìn)出。此方法目前 已成為研究的熱n，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，產(chǎn)品溶脹時(shí)間更短。合成多孔水凝膠的過(guò)程中，常常要 使用一些起泡劑或致孔劑等。比起傳統(tǒng)的起泡劑碳酸氨鋼等，4A沸石有容易控制起泡大小、 價(jià)格低廉、來(lái)源廣泛等優(yōu)點(diǎn)。
[000引 4A沸石是種結(jié)晶的侶娃酸鋼水合物，外觀白色粉末狀，無(wú)毒無(wú)害，不溶于水，其化 學(xué)式；Na20 -Al203 ? 2Si02，4. 5&0,其結(jié)構(gòu)是由娃氧四面體和侶氧四面體構(gòu)成沸石的基本單 元，該些單元的點(diǎn)面連接，形成骨架結(jié)構(gòu)，骨架內(nèi)有許多表面積很大的孔道和空腔，因此可 W很好的增大水凝膠的溶脹速度，具有非常好的市場(chǎng)效應(yīng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的之一是為了提供一種溶脹速度快，價(jià)格低廉，吸水效果顯著提高，成 本低廉的水凝膠制備方法。
[0010] 本發(fā)明提供一種水凝膠制備方法，包括W下步驟：
[0011] 將單體、燒堿和交聯(lián)劑溶于去離子水中，得到混合溶液；
[0012] 在上述混合溶液中加入起泡劑，攬拌均勻分散于混合溶液中；
[0013] 向第二步的混合溶液中加入氧化還原引發(fā)劑，攬拌使氧化還原引發(fā)劑溶解均勻；
[0014] 在第=步溶液的攬拌過(guò)程中，待攬拌有粘稠感時(shí)，停止攬拌，常溫下反應(yīng)一定時(shí)間 得到水凝膠；
[0015] 待水凝膠均勻收縮后，剪碎，干燥后粉碎，得到水凝膠顆粒。
[0016] 進(jìn)一步的，所述混合溶液中單體占總質(zhì)量的30~45%;燒堿的濃度為32% (質(zhì)量 分?jǐn)?shù)），中和度為75%~85% ;交聯(lián)劑占單體的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.3%~1% ;去離子水占總 體積的20~30%。
[0017] 進(jìn)一步的，所述單體包括丙締酸和丙締酷胺，
[001引進(jìn)一步的，所述交聯(lián)劑包括N，N-亞甲基雙丙締酷胺。
[0019] 進(jìn)一步的，所述起泡劑包括無(wú)機(jī)礦物質(zhì)起泡劑，占單體重量比為5~20%。
[0020] 進(jìn)一步的，所述無(wú)機(jī)礦物質(zhì)起泡劑包括4A沸石。
[0021] 進(jìn)一步的，所述氧化還原引發(fā)劑占單體質(zhì)量比為0.8%~1.2%，氧化還原引發(fā)劑 包括過(guò)硫酸錠和亞硫酸氨鋼，硫酸錠和亞硫酸氨鋼質(zhì)量比為3:2。
[0022] 進(jìn)一步的，所述干燥為真空干燥箱干燥，干燥溫度為100°C。
[0023] 進(jìn)一步的，所述水凝膠顆粒為60~100目。
[0024] 本發(fā)明還提供一種水凝膠，采用上述方法制備得到。
[0025] 本發(fā)明再提供一種上述水凝膠作為吸水、緩釋材料的應(yīng)用。
[0026] 進(jìn)一步的，所述應(yīng)用包括用于衛(wèi)生用品、化妝品、農(nóng)藥、肥料、食品和藥品。
[0027] 本發(fā)明的有益效果在于；本發(fā)明制備的水凝膠由化學(xué)鍵交聯(lián)形成=維網(wǎng)絡(luò)聚合 物，分子網(wǎng)絡(luò)所吸水分用一般物理方法無(wú)法擠出，保水作用是永久性的。由于該水凝膠的超 大多孔結(jié)構(gòu)，吸水能力特別強(qiáng)、吸水速度特別快，吸水倍數(shù)顯著提高，吸水到達(dá)平衡的時(shí)間 顯著縮短。制備方法中所用起泡劑價(jià)格低廉，來(lái)源廣泛，有良好的經(jīng)濟(jì)和市場(chǎng)效益。該水凝 膠是一種功能高分子材料，無(wú)毒無(wú)害，反復(fù)釋水、吸水，可W比喻為"微型水庫(kù)"，尤其適用于 嬰兒紙尿褲和女性衛(wèi)生巾產(chǎn)品中。該水凝膠被還可W廣泛用于其它領(lǐng)域，如吸收肥料、農(nóng) 藥，并緩慢釋放，增加肥效、藥效；干旱地區(qū)的抗旱、保墻省水，可有效抑制水分蒸發(fā)，改善± 壤結(jié)構(gòu)，使粘重±壤、漏水肥的沙±和次生鹽堿±壤得W改良，防止水±流失；在化妝品中 的面膜、退熱貼、鎮(zhèn)痛貼、農(nóng)用薄膜、建筑中的結(jié)露防止劑、調(diào)濕劑、石油化工中的堵水調(diào)劑， 原油或成品油的脫水，食品中的保鮮劑、增稠劑，醫(yī)療中的藥物載體等。
【附圖說(shuō)明】
[002引圖1為本發(fā)明制備的多孔水凝膠在顯微鏡下放大200倍的平面圖。（a、b、C、t e 分別對(duì)應(yīng)沸石含量為0%、5%、10%、15%、20%)
【具體實(shí)施方式】
[0029] 下文將結(jié)合具體附圖詳細(xì)描述本發(fā)明具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)注意的是，下述實(shí)施例中 描述的技術(shù)特征或者技術(shù)特征的組合不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是孤立的，它們可W被相互組合從而達(dá) 到更好的技術(shù)效果。
[0030] 實(shí)施例一
[0031] 在塑料容器內(nèi)，將0. 208mol(15g)丙締酸溶于10.9ml的去離子水中，然后加入質(zhì) 量分?jǐn)?shù)32%的純堿20. 8g，攬拌放熱后，加入0. 07mol (5g)丙締酷胺單體和交聯(lián)劑亞甲基雙 丙締酷胺4.54Xl(T5mol(0.007g)攬拌均勻至充分溶解。攬拌充分混合后加入氧化還原引 發(fā)劑5. 26mol X l(T4mol (0. 12g)過(guò)硫酸錠和7. 69 X l(T4mol (0. 08g)亞硫酸氨鋼，迅速攬拌至 一定粘稠狀，停止攬拌待反應(yīng)一定時(shí)間后，放置一段時(shí)間。水凝膠切成lOmmX lOmmX 3mm塊 狀，置于l〇(TC烘箱中干燥24小時(shí)。最后用粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎，過(guò)篩，取60-100目水凝膠粉 粒，即得到所需的無(wú)孔水凝膠。
[0032] 實(shí)施例二
[0033] 在塑料容器內(nèi)，將0. 208mol(15g)丙締酸溶于10. 9ml的去離子水中，然后加入質(zhì) 量分?jǐn)?shù)32 %的純堿20. 8g，攬拌放熱后，加入0. 07mol (5g)丙締酷胺單體和交聯(lián)劑亞甲基 雙丙締酷胺3. 896X l(T5mol (0. 006g)攬拌均勻至充分溶解。再加入4A沸石Ig (占單體質(zhì) 量的5 % )，攬拌充分混合后加入氧化還原引發(fā)劑5. 26mol X l(T4mol (0. 12g)過(guò)硫酸錠和 7. 69X l(T4mol (0. 08g)亞硫酸氨鋼，迅速攬拌至一定粘稠狀，停止攬拌待反應(yīng)一定時(shí)間后， 可觀察到明顯發(fā)泡現(xiàn)象。待水凝膠均勻收縮后，切成10mmX10mmX3mm塊狀，置于100°C烘 箱中干燥24小時(shí)。最后用粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎，過(guò)篩，取60-100目水凝膠粉粒，即得到所需的 快速溶脹的大孔水凝膠。