CN101270173A - 高凝胶强度、耐盐的两性离子型纳米复合水凝胶及制备方法 - Google Patents

高凝胶强度、耐盐的两性离子型纳米复合水凝胶及制备方法 Download PDF

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徐昆
张文德
宋春雷
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Abstract

本发明涉及高凝胶强度、耐盐的两性离子型纳米复合水凝胶及制备方法。该水凝胶由占凝胶重量的60－100％的聚合物基质和占凝胶重量的0－40％的无机组分组成。其制法是：先制备预聚反应液：将无机组分在去离子水中分散、剥离，形成均匀稳定的胶体分散液；然后将单体溶解在去离子水中配制成质量浓度为30－100％的单体溶液；在搅拌条件下将单体溶液加入到前述的胶体分散液中，再加入交联剂、引发剂和催化剂制得预聚反应液；将预聚反应液在氮气条件下，20－60℃聚合12－30h，得到聚合产物，然后将聚合产物在40－60℃条件下处理3－7天，得到的该水凝胶吸水后凝胶的机械强度达225mJ/g，吸盐倍率达140g/g。

Description

高凝胶强度、耐盐的两性离子型纳米复合水凝胶及制备方法
技术领域
本发明涉及一种高凝胶强度、耐盐的两性离子型纳米复合水凝胶及制备方法。
背景技术
高分子水凝胶是一种特殊的功能性聚合物，它具有独特的三维网络结构可以吸收大量的溶剂而不易失去。这使其在农业、工业、生物医药及组织工程等方面应用广泛。
但是，水凝胶较差的机械强度极大的限制它的应用。而依靠提高有机交联剂的用量来增强水凝胶的凝胶强度，通常会使水凝胶变得很脆。因此采用有机/无机纳米复合的方法制备具有较高凝胶强度纳米复合水凝胶在理论和应用两个方面具有十分重要的意义。在文献报道的有机/无机杂化水凝胶中，可以较好的改善凝胶机械性能的工作大都集中在非离子型水溶性单体同无机物的复合体系。而相对于离子型水溶性单体而言，如邹新禧编撰的专著(超强吸水剂，化学工业出版社，1991)所述，非离子型水溶性单体虽然可以较好的同无机组分复合，但是复合后制备的水凝胶吸收性能较差。因此，离子型水溶性单体同无机组分的复合水凝胶对实际生产、生活需要具有十分重要的意义。作为离子型纳米复合凝胶中的一种特殊形式，两性离子型纳米复合水凝胶由于其特殊的响应行为在凝胶的智能化应用方面极具前景。但是，相关的技术还未见报道。
中国专利CN 1330679C公开了一种两性离子高吸水树脂及制备方法。但该方法所制备的两性离子高吸水树脂中不含有任何无机组分，因而吸水后的凝胶强度较低。而中国专利CN 1908035A公开了一种纳米复合水凝胶的制备方法。但由于该方法所制备的纳米复合水凝胶中只含有非离子单体丙烯酰胺，因而凝胶的吸收能力较低。
发明内容
本发明提供一种高凝胶强度、耐盐的两性离子型纳米复合水凝胶及制备方法。
本发明的目的之一是提供一种高凝胶强度、耐盐的两性离子型纳米复合水凝胶，其成分构成和重量百分比配比为：
聚合物基质：占凝胶重量的60-100％，
无机组分：占凝胶重量的0-40％；
所述的聚合物基质为阴离子型水溶性单体和阳离子型水溶性单体的共聚物，阴离子单体和阳离子单体的质量配比是任意的；
所述的阴离子型水溶性单体为：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种或几种；
所述的阳离子单体为：乙烯基咪唑、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DAC)、二烯丙基二甲基氯化铵(DAD)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)和丙烯酰氧乙基苄基二甲基氯化铵(DMABC)中的一种或几种；
所述无机组分为钠蒙脱土、锂蒙脱土、经焦磷酸钠改性的钠蒙脱土或锂蒙脱土。
本发明的目的之二是提供上述的高凝胶强度、耐盐的两性离子型纳米复合水凝胶的制备方法，其步骤和条件如下：
(1)预聚反应液的制备：先将无机组分在去离子水中分散、剥离，形成均匀稳定的胶体分散液；然后将单体溶解在去离子水中配制成质量浓度为30-100％的单体溶液；在搅拌条件下将单体溶液加入到前述的胶体分散液中，再加入交联剂、引发剂和催化剂制得预聚反应液；
所述的预聚反应液的组分及重量含量：
单体      占预聚反应液重量的10-40％，
无机组分  占预聚反应液重量的0.2-10％，
交联剂    占预聚反应液重量的0.002-0.02％，
引发剂    占预聚反应液重量的0.005-0.05％，
催化剂    占预聚反应液重量的0.001-0.02％，
其余为去离子水；
所述交联剂为N，N-亚甲基双丙烯酰胺；
所述引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵或偶氮二异丁腈的一种；
所述催化剂为N，N，N`，N`-四甲基乙二胺、三乙醇胺和硫代硫酸钠中的一种；
(2)将预聚反应液在氮气条件下，20-60℃聚合12-30h，得到聚合产物，然后将聚合产物在40-60℃条件下处理3-7天，得到凝胶强度、耐盐的两性离子型纳米复合水凝胶。
本发明提供一种高凝胶强度、耐盐的两性离子型纳米复合水凝胶，其吸水后凝胶的机械强度可高达225mJ/g，而且吸盐倍率最高可达140g/g。
具体实施方式
实施例1
先将3.0g的钠MMT在80.0g去离子水中分散、剥离，形成均匀稳定的胶体分散液；然后将10.0g阴离子单体丙烯酸钠和20.0g阳离子单体DMC溶解在去离子水中配制成质量浓度为50％的单体溶液；在搅拌条件下将单体溶液加入到前述的胶体分散液中，再加入0.001gNMBA、0.01g过硫酸铵制得预聚反应液；
将预聚反应液在氮气条件下，60℃聚合12h，得到聚合产物，然后将聚合产物在50℃条件下处理5天，获得一种高凝胶强度、耐盐的两性离子型纳米复合水凝胶。
复合凝胶的性能结果如下：凝胶强度：198.85mJ/g；吸重量浓度0.9％NaCl盐水倍数：60g/g。
实施例2
先将15.0g的钠MMT在80.0g去离子水中分散、剥离，形成均匀稳定的胶体分散液；然后10.0g阴离子单体丙烯酸钠和20.0g阳离子单体DMC溶解在去离子水中配制成质量浓度为50％的单体溶液；在搅拌条件下将单体溶液加入到前述的胶体分散液中，再加入0.001gNMBA、0.01g过硫酸铵制得预聚反应液；
将预聚反应液在氮气条件下，60℃聚合12h，得到聚合产物，然后将聚合产物在50℃条件下处理5天，获得一种高凝胶强度、耐盐的两性离子型纳米复合水凝胶。
复合凝胶的性能结果如下：
凝胶强度：124.58mJ/g  吸重量浓度0.9％NaCl盐水倍数：90g/g；
实施例3
先将3.0g的钠MMT在80.0g去离子水中分散、剥离，形成均匀稳定的胶体分散液；然后3.0g阴离子单体丙烯酸钠和27.0g阳离子单体DMC溶解在去离子水中配制成质量浓度为50％的单体溶液；在搅拌条件下将单体溶液加入到前述的胶体分散液中，再加入0.001gNMBA、0.01g过硫酸铵制得预聚反应液；
将预聚反应液在氮气条件下，50℃聚合20h，得到聚合产物，然后将聚合产物在40℃条件下处理7天，获得一种高凝胶强度、耐盐的两性离子型纳米复合水凝胶。
复合凝胶的性能结果如下：凝胶强度：24.96mJ/g；吸重量浓度0.9％NaCl盐水倍数：110g/g。
实施例4
先将3.0g的锂MMT在80.0g去离子水中分散、剥离，形成均匀稳定的胶体分散液；然后10.0g阴离子单体苯乙烯磺酸钠和20.0g阳离子单体DAC溶解在去离子水中配制成质量浓度为30％的单体溶液；在搅拌条件下将单体溶液加入到前述的胶体分散液中，再加入0.001g NMBA、0.01g过硫酸铵制得预聚反应液；
将预聚反应液在氮气条件下，50℃聚合20h，得到聚合产物，然后将聚合产物在40℃条件下处理7天，获得一种高凝胶强度、耐盐的两性离子型纳米复合水凝胶。
复合凝胶的性能结果如下：凝胶强度：201.64mJ/g；吸重量浓度0.9％NaCl盐水倍数：70g/g。
实施例5
先将3.0g的钠MMT在40.0g去离子水中分散、剥离，形成均匀稳定的胶体分散液；然后10.0g阴离子单体丙烯酸钠和20.0g阳离子单体DMC溶解在去离子水中配制成质量浓度为90％的单体溶液；在搅拌条件下将单体溶液加入到前述的胶体分散液中，再加入0.001gNMBA、0.01g过硫酸铵制得预聚反应液；
将预聚反应液在氮气条件下，50℃聚合20h，得到聚合产物，然后将聚合产物在40℃条件下处理7天，获得一种高凝胶强度、耐盐的两性离子型纳米复合水凝胶。
复合凝胶的性能结果如下：凝胶强度：224.58mJ/g；吸重量浓度0.9％NaCl盐水倍数：50g/g。
实施例6
先将2.0g的经焦磷酸钠改性的钠蒙脱土在80.0g去离子水中分散、剥离，形成均匀稳定的胶体分散液；然后10.0g阴离子单体丙烯酸钠和20.0g阳离子单体DAD溶解在去离子水中配制成质量浓度为50％的单体溶液；在搅拌条件下将单体溶液加入到前述的胶体分散液中，再加入0.005g NMBA、0.08g偶氮二异丁腈制得预聚反应液；
将预聚反应液在氮气条件下，60℃聚合20h，得到聚合产物，然后将聚合产物在40℃条件下处理7天，获得一种高凝胶强度、耐盐的两性离子型纳米复合水凝胶。
复合凝胶的性能结果如下：凝胶强度：205.35mJ/g；吸重量浓度0.9％NaCl盐水倍数：65g/g。
实施例7
先将3.0g的钠MMT在40.0g去离子水中分散、剥离，形成均匀稳定的胶体分散液；然后10.0g阴离子单体丙烯酸钠和20.0g阳离子单体DMC溶解在去离子水中配制成质量浓度为90％的单体溶液；在搅拌条件下将单体溶液加入到前述的胶体分散液中，再加入0.01gNMBA、0.1g过硫酸铵、0.025gTMEMD，制得预聚反应液；
将预聚反应液在氮气条件下，20℃聚合20h，得到聚合产物，然后将聚合产物在60℃条件下处理3天，获得一种高凝胶强度、耐盐的两性离子型纳米复合水凝胶。
复合凝胶的性能结果如下：凝胶强度：200.68mJ/g；吸重量浓度0.9％NaCl盐水倍数：80g/g。
实施例8
先将0.5g的钠MMT在40.0g去离子水中分散、剥离，形成均匀稳定的胶体分散液；然后10.0g阴离子单体AMPS和20.0g阳离子单体DMABC溶解在去离子水中配制成质量浓度为90％的单体溶液；在搅拌条件下将单体溶液加入到前述的胶体分散液中，再加入0.01gNMBA、0.0075g过硫酸钾、0.015g硫代硫酸钠，制得预聚反应液；
将预聚反应液在氮气条件下，35℃聚合12h，得到聚合产物，然后将聚合产物在50℃条件下处理5天，获得一种高凝胶强度、耐盐的两性离子型纳米复合水凝胶。
复合凝胶的性能结果如下：凝胶强度：156.50mJ/g；吸重量浓度0.9％NaCl盐水倍数：88g/g。

Claims (2)

1、高凝胶强度、耐盐的两性离子型纳米复合水凝胶，其特征在于，其成分构成和重量百分比配比为：
聚合物基质：占凝胶重量的60-100％，
无机组分：占凝胶重量的0-40％；
所述的聚合物基质为阴离子型水溶性单体和阳离子型水溶性单体的共聚物，阴离子单体和阳离子单体的质量配比是任意的；
所述的阴离子型水溶性单体为：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种或几种；
所述的阳离子单体为：乙烯基咪唑、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DAC)、二烯丙基二甲基氯化铵(DAD)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)和丙烯酰氧乙基苄基二甲基氯化铵(DMABC)中的一种或几种；
所述无机组分为：钠蒙脱土、锂蒙脱土、经焦磷酸钠改性的钠蒙脱土或锂蒙脱土。
2、如权利要求1所述的高凝胶强度、耐盐的两性离子型纳米复合水凝胶的制备方法，其步骤和条件如下：
(1)预聚反应液的制备：先将无机组分在去离子水中分散、剥离，形成均匀稳定的胶体分散液；然后将单体溶解在去离子水中配制成质量浓度为30-100％的单体溶液；在搅拌条件下将单体溶液加入到前述的胶体分散液中，再加入交联剂、引发剂和催化剂制得预聚反应液；
所述的预聚反应液的组分及重量百分比配比为：
单体占预聚反应液重量的10-40％，
无机组分占预聚反应液重量的0.2-10％，
交联剂占预聚反应液重量的0.002-0.02％，
引发剂占预聚反应液重量的0.005-0.05％，
催化剂占预聚反应液重量的0.001-0.02％，
其余为去离子水；
所述交联剂为N，N-亚甲基双丙烯酰胺；
所述引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵或偶氮二异丁腈的一种；
所述催化剂为N，N，N，N-四甲基乙二胺、三乙醇胺和硫代硫酸钠中的一种；
(2)将预聚反应液在氮气条件下，20-60℃聚合12-30h，得到聚合产物，然后将聚合产物在40-60℃条件下处理3-7天，得到凝胶强度、耐盐的两性离子型纳米复合水凝胶。
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