CN102617778A - 一种保水凝胶的合成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种保水凝胶的合成方法，步骤：第一步，将碱溶于溶剂水中，搅拌使其完全溶解，冷却；第二步，待碱溶液的温度低到室温，向碱溶液中加入保水因子；搅拌混合直到溶液变的澄清透明；第三步，将第二步得到的溶液中加入单体，搅拌混合均匀，冷却溶液到25℃以下，得到母液；第四步，测量母液的pH值；第五步，向母液中加入交联剂、快速搅拌，使其完全溶解；第六步，向第五步的溶液中加入引发剂；第七步，倒入固定的容器中，加热成型或采用紫外交联成型。本发明得到的水凝胶可以长期保持吸水和失水的平衡，解决了水凝胶因失水而不能广泛地应用到家庭居室，人体理疗，保湿，医疗等行业的难题，延长水凝胶的使用周期。

Description

一种保水凝胶的合成方法

技术领域

本发明涉及一种水凝胶的合成方法，具体地说，涉及的是一种可以长期保持吸水和失水平衡的保水凝胶的合成方法。

背景技术

所谓保水凝胶，即在高湿的情况下可以吸收空气中的水蒸气，而在低湿的情况下失去自身的水分，在自然的环境中，可以长期保持吸水和失水的平衡，从而将自身克重维持在相对稳定的范围。

现在国内外都是以水为分散介质的凝胶，长时间存放会失去大量的水。具有交联结构的水溶性高分子中引入一部分疏水基团而形成能遇水膨胀的交联聚合物，是一种高分子网络体系，性质柔软，能保持一定的形状，能吸收大量的水，同时也会失去大量的水。凡是水溶性或亲水性的高分子，通过一定的化学交联或物理交联，都可以形成水凝胶。这些高分子按其来源可分为天然和合成两大类。天然的亲水性高分子包括多糖类（淀粉、纤维素、海藻酸、透明质酸，壳聚糖等）和多肽类（胶原、聚L-赖氨酸、聚L-谷胺酸等）。合成的亲水高分子包括丙烯酸及其衍生物类（聚丙烯酸，聚甲基丙烯酸，聚丙烯酰胺，聚N-聚代丙烯酰胺等）。

现有技术中已有很多水凝胶的制备方法，比如中国专利申请号：01106587.7，申请日：2001-03-30 ，专利名称：一种保水凝胶的制法，该专利自述为：先将氢氧化钠溶于水中，并加入丙烯酸进行预处理；再依次加入玉米淀粉、丙烯酰胺和碳酸钙，搅拌加温反应后，加入引发剂进行接枝聚合反应；然后将反应后的液体倒入模具中，恒温干燥即可。其产品组分(重量百分比)包括：玉米淀粉4.5－4.7，丙烯酸21.4－22.5，丙烯酰胺9－9.5，过硫酸铵3.2－4.5，碳酸钙4.5－4.7，氢氧化钠9.5－9.9，水余量。有工艺简单，产品无毒、可生物降解和应用广阔等优点。

作为一种高吸水高保水材料，水凝胶被广泛用于多种领域，如：干旱地区的抗旱，农用薄膜、建筑中的结露防止剂、调湿剂、石油化工中的堵水调剂，原油或成品油的脱水，在矿业中的抑尘剂，食品中的保鲜剂、增稠剂，医疗中的药物载体等等。但是现有水凝胶会存在保水性能不好的问题，这样会导致水凝胶因失水而不能广泛地应用到家庭居室，人体理疗，保湿，医疗等行业。

 

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的上述不足，提供一种保水凝胶的合成方法，得到的水凝胶可以长期保持吸水和失水的平衡，解决了水凝胶因失水而不能广泛地应用到家庭居室，人体理疗，保湿，医疗等行业的难题，延长水凝胶的使用周期。

为实现上述的目的，本发明所述的一种保水凝胶的合成方法，包括下列步骤： 

第一步，将碱溶于溶剂水中，搅拌使其完全溶解，冷却；

第二步，待碱溶液的温度低到室温，向碱溶液中加入保水因子；搅拌混合直到溶液变的澄清透明；

第三步，将第二步得到的溶液中加入单体，搅拌混合均匀，冷却溶液到25℃以下，得到的液体以下简称为“母液”；

第四步，测量母液的pH值，并调节pH=6.5～6.7；

第五步，向第四步的母液中加入交联剂，搅拌使其完全溶解；

第六步，向第五步的溶液中加入引发剂；

第七步，倒入固定的容器中，加热成型或采用紫外交联成型。

以上步骤中：

第一步中，所述溶剂水，其用量为整个反应体系总质量的10%～30%。

第一步中，所述碱为氢氧化钠、或氢氧化钾；其用量为整个反应体系总质量的5%～20%。

第二步中，所述保水因子为甘油（丙三醇），丁三醇，其用量为整个反应体系总质量的20%～60%。

第三步中，所述单体，结构如下：

式中R₁为H或烷烃，碳原子数为1～3；R₂为H或短链烷烃，碳原子数为1～5。

进一步的，所述单体主要有丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯等，所述单体用量为整个反应体系总质量的5%～20%。

第五步中，所述交联剂可以采用N,N-亚甲基双丙烯酰胺、二乙烯苯等双烯类单体，使用此单体作为交联剂的优点在于，此单体有两个双键进行聚合，它与丙烯酸类单体共聚时，同时使聚合物分子间发生交联。所述交联剂用量为整个反应体系总质量的0.1%～0.3%。

第六步中，所述引发剂采用高低温复和引发体系，低温引发体系采用的是氧化还原体系，过硫酸钾（铵）/亚硫酸氢钠、过硫酸钾（铵）/亚硫酸亚铁；高温引发体系，过硫酸钾、过硫酸铵、过氧化氢；光引发剂。所述引发剂用量为整个反应体系总质量的0.01%～0.1%。

根据上述的技术方案，本发明采用上述原料和路线合成的保水凝胶，在自然的环境中，可以长期保持吸水和失水的平衡，从而将自身克重维持在相对稳定的范围，解决了水凝胶因失水而不能广泛地应用到家庭居室，人体理疗，保湿，医疗等行业的难题，延长水凝胶的使用周期。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明的技术方案作进一步的解释，但是以下的内容不用于限定本发明的保护范围。

实施例1

将11.2g的NaOH加入到26.2g的水中，搅拌使其完全溶解降温，待NaOH溶液降到室温后，向其中加入40g的丙三醇搅拌混合均匀，静置等到溶液变的澄清透明，将此溶液加入到20.2g的丙烯酸单体中，并进行搅拌、冷却，待冷却到25℃以下，加酸或加碱，调节pH在6.5～6.7范围之内，再加入交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺0.2～0.3g，快速搅拌，直到完全溶解，然后在快速搅拌的状况下，依次加入0.08～0.1g过硫酸钾，0.004～0.006g亚硫酸氢钠和0.01g的双氧水（30%），然后倒入敞口容器，使物料厚度3～5mm，加热到70～80℃，约8～15min聚合放热反应结束，得到无色透明凝胶。将得到的凝胶在环境试验箱中做在不同温度和湿度环境下的失水实验。

实施例2

将15.3g的KOH加入到26.2g的水中，搅拌使其完全溶解降温，待KOH溶液降到室温后，向其中加入40g的丙三醇搅拌混合均匀，静置等到溶液变的澄清透明，将此溶液加入到20.2g的甲基丙烯酸单体中，并进行搅拌、冷却，待冷却到25℃以下，加酸或加碱，调节pH在6.5～6.7范围之内，再加入交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺0.2～0.3g，快速搅拌，直到完全溶解，然后在快速搅拌的状况下，依次加入0.08～0.1g过硫酸钾，0.004～0.006g亚硫酸亚铁和0.01g的双氧水（30%），然后倒入敞口容器，使物料厚度3～5mm，加热到70～80℃，约8～15min聚合放热反应结束，得到无色透明凝胶。将得到的凝胶在环境试验箱中做在不同温度和湿度环境下的失水实验。

实施例3

将21.5g的NaOH加入到26.2g的水中，搅拌使其完全溶解降温，待NaOH溶液降到室温后，向其中加入40g的丙三醇搅拌混合均匀，静置等到溶液变的澄清透明，将此溶液加入到30.2g的丙烯酸单体中，并进行搅拌、冷却，待冷却到25℃以下，加酸或加碱，调节pH在6.5～6.7范围之内，再加入交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺0.2～0.3g，快速搅拌，直到完全溶解，然后在快速搅拌的状况下，加入0.068～0.084g光引发剂2959，然后倒入敞口容器，使物料厚度3～5mm，采用波长为365nm的紫外灯管照射约2min反应结束，得到无色透明凝胶。将得到的凝胶在环境试验箱中做在不同温度和湿度环境下的失水实验。

实施例4

将11.2g的NaOH加入到26.2g的水中，搅拌使其完全溶解降温，待NaOH溶液降到室温后，向其中加入46.1g的丁三醇搅拌混合均匀，静置等到溶液变的澄清透明，将此溶液加入到25.2g的甲基丙烯酸单体中，并进行搅拌、冷却，待冷却到25℃以下，加酸或加碱，调节pH在6.5～6.7范围之内，再加入交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺0.2～0.3g，快速搅拌，直到完全溶解，然后在快速搅拌的状况下，依次加入0.08～0.1g过硫酸铵，0.004～0.006g亚硫酸亚铁和0.01g的双氧水（30%），然后倒入敞口容器，使物料厚度3～5mm，加热到70～80℃，约8～15min聚合放热反应结束，得到无色透明凝胶。将得到的凝胶在环境试验箱中做在不同温度和湿度环境下的失水实验。

实施例5

将15.3g的KOH加入到26.2g的水中，搅拌使其完全溶解降温，待KOH溶液降到室温后，向其中加入46.1g的丁三醇搅拌混合均匀，静置等到溶液变的澄清透明，将此溶液加入到20.2g的丙烯酸单体中，并进行搅拌、冷却，待冷却到25℃以下，加酸或加碱，调节pH在6.5～6.7范围之内，再加入交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺0.2～0.3g，快速搅拌，直到完全溶解，然后在快速搅拌的状况下，依次加入0.08～0.1g过硫酸钾，0.004～0.006g亚硫酸氢钠和0.01g的双氧水（30%），然后倒入敞口容器，使物料厚度3～5mm，加热到70～80℃，约8～15min聚合放热反应结束，得到无色透明凝胶。将得到的凝胶在环境试验箱中做在不同温度和湿度环境下的失水实验。

实施例6

将11.2g的NaOH加入到26.2g的水中，搅拌使其完全溶解降温，待NaOH溶液降到室温后，向其中加入46.1g的丁三醇搅拌混合均匀，静置等到溶液变的澄清透明，将此溶液加入到20.2g的甲基丙烯酸单体中，并进行搅拌、冷却，待冷却到25℃以下，加酸或加碱，调节pH在6.5～6.7范围之内，再加入交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺0.2～0.3g，快速搅拌，直到完全溶解，然后在快速搅拌的状况下，依次加入0.068～0.084g光引发剂2959，然后倒入敞口容器，使物料厚度3～5mm，采用波长为365nm的紫外灯管照射约2min反应结束，得到无色透明凝胶。将得到的凝胶在环境试验箱中做在不同温度和湿度环境下的失水实验。

现在国内外都是以水为分散介质的凝胶，长时间存放会失去大量的水。本发明涉及的水凝胶也是以水为介质的凝胶，但在其中加入了大量的保湿因子，在凝胶的高分子网络结构中，存在大量的水分和保湿剂，达到失水和吸水的平衡。

为了测试本发明所得水凝胶的失水情况，采用如下工艺条件：

测试设备：江苏昆山庆声科技股份有限公司—恒温恒湿试验箱；

测试样品： 实施例1所述凝胶；

尺寸：90cm*140cm的保水凝胶；

包材：针织布复合2丝TPU。

测试方法：将样品称重后平铺在试验箱中部，分别设定如下条件进行测试。在恒温恒湿箱环境中（设定条件）放置7天后称重；常温常湿环境中（温度：20-25℃，湿度：50-70%）放置3周后称重，总共测试时间为1个月。

结论：

1、从上面数据可以看出：

①在10℃，90%的湿度条件下，样品吸水，七天以后克重达到5974g，保持平衡，吸水倍率为0.66%，放置在室内常温常湿条件下十天后克重慢慢回复到5928g，接近于原克重（5935g）；

 ②在10℃，20%的湿度条件下，样品失水，七天以后克重达到5628g，然后保持平衡，失水倍率为4.91%，放置在室内常温常湿条件下3周后吸水，克重慢慢回复到5909g，接近于原克重（5919g）；

③在70℃，90%的湿度条件下，样品吸水，七天以后克重达到6125g，然后保持平衡，吸水倍率为3.32%，放置在室内常温常湿条件下3周后克重慢慢回复到5940g，接近于原克重（5928g）；

④在70℃，20%的湿度条件下，样品失水，七天以后克重达到4890g，然后保持平衡，失水倍率为17.33%，放置在室内常温常湿条件下3周后吸水，克重慢慢回复到5921g，接近于原克重（5915g）。

2、水凝胶无论经过哪种条件，在常温常湿条件放置足够长的时间（3周以上），其能够达到失水吸水的平衡，维持到原始的稳定克重。

Claims (10)

1.一种保水凝胶的合成方法，其特征在于包括下列步骤： 

第一步，将碱溶于溶剂水中，搅拌使其完全溶解，冷却；

第二步，待碱溶液的温度低到室温，向碱溶液中加入保水因子；搅拌混合直到溶液变的澄清透明；

第三步，将第二步得到的溶液中加入单体，搅拌混合均匀，冷却溶液到25℃以下，得到的液体以下简称为“母液”；

第四步，测量母液的pH值，并调节pH=6.5～6.7；

第五步，向第四步的母液中加入交联剂，搅拌使其完全溶解；

第六步，向第五步的溶液中加入引发剂；

第七步，倒入固定的容器中，加热成型或采用紫外交联成型。

2.根据权利要求1所述的保水凝胶的合成方法，其特征在于：第一步中，所述溶剂水，其用量为整个反应体系总质量的10%～30%。

3.根据权利要求1所述的保水凝胶的合成方法，其特征在于：第一步中，所述碱为氢氧化钠，或氢氧化钾；其用量为整个反应体系总质量的5%～20%。

4.根据权利要求1所述的保水凝胶的合成方法，其特征在于：第二步中，所述保水因子为甘油，或丁三醇，其用量为整个反应体系总质量的20%～60%。

5.根据权利要求1所述的保水凝胶的合成方法，其特征在于：第三步中，所述单体，结构如下：

式中R₁为H或烷烃，碳原子数为1～3；R₂为H或短链烷烃，碳原子数为1～5。

6.根据权利要求1或5所述的保水凝胶的合成方法，其特征在于：所述单体用量为整个反应体系总质量的5%～20%。

7.根据权利要求1所述的保水凝胶的合成方法，其特征在于：第五步中，所述交联剂采用双烯类单体，其用量为整个反应体系总质量的0.1%～0.3%。

8.根据权利要求1所述的保水凝胶的合成方法，其特征在于：所述交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺，或二乙烯苯。

9.根据权利要求1所述的保水凝胶的合成方法，其特征在于：第六步中，所述引发剂采用高低温复和引发体系，低温引发体系采用的是氧化还原体系，过硫酸钾或铵/亚硫酸氢钠、过硫酸钾或铵/亚硫酸亚铁；高温引发体系，过硫酸钾、过硫酸铵、过氧化氢；光引发剂。

10.根据权利要求1或9所述的保水凝胶的合成方法，其特征在于：第六步中，所述引发剂用量为整个反应体系总质量的0.01%～0.1%。