CN103429643A - 凝胶和水凝胶 - Google Patents

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Abstract

描述了凝胶和含凝胶的材料（包括水凝胶）。可以通过在室温下混合聚丙烯酸(PAA)和一种聚二醇（例如聚四亚甲基醚二醇PTMEG）来制备凝胶，在一些情形，不需要催化剂。所述混合材料可以用于形成软的或硬的材料、薄膜和颗粒。所述混合材料可以结合乙烯基单体并聚合，以形成水凝胶。所述水凝胶具有高的机械强度和高的吸水率。

Description

凝胶和水凝胶
交叉引用
本申请要求申请日为2010年11月8日的美国临时申请61/411,462和申请日为2010年11月8日的美国临时申请61/412,780的优先权，它们的内容在此引作参考。
背景技术
具有三维结构的聚合物凝胶和亲水性水凝胶有许多作为基质的重要应用，例如用于生物医药、制药、农业、生物技术和工业复合材料领域。这些聚合物凝胶和水凝胶由于交联具有三维（3D）结构；所述交联的材料可能不溶于有机溶剂和水。
聚合物凝胶和水凝胶可以通过单体或多功能单体借助一种或多种催化剂与交联剂聚合制备，聚合有时在高温下进行。这可能导致高的材料成本和加工成本。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种水凝胶，该水凝胶包括带有聚丙烯酸的第一聚合物材料、带有除聚乙二醇外的聚二醇的第二聚合物材料，和一种或多种带有乙烯基的物品。在一个实施例中，所述第一聚合物材料基本上为均聚物。在另一实施例中，所述第二聚合物材料基本上为均聚物。在又一实施例中，所述第一聚合物材料通过氢键连接到所述第二聚合物材料。在又一实施例中，所述聚二醇为聚四亚甲基醚二醇。在又一实施例中，所述带有乙烯基的物品中的至少一个为丙烯酰胺。在又一实施例中，所述带有乙烯基的物品中的至少一个可以是丙烯酸、甲基丙烯酸、乙烯醇、醋酸乙烯酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸乙烯酯、乙烯基苯甲酸、乙烯基苯甲醇、乙烯基硼酸二丁酯、乙烯基甲酰胺、甲基丙烯酸乙烯酯、乙烯基吡啶、1-乙烯基-2-吡咯烷酮、乙烯基磺酸或乙烯基三甲氧基硅烷。在又一实施例中，所述带有乙烯基的物品基本上是聚合物。在又一实施例中，所述水凝胶还包括一交联剂。在又一实施例中，所述交联剂为二（乙二醇基）二乙烯基醚，二（乙基乙二醇）二丙烯酸酯或N,N’-亚甲基双丙烯酰胺。在又一实施例中，所述带有乙烯基的物品通过共价键连接到所述第一聚合物材料。在又一实施例中，所述水凝胶在一个、两个或50个吸水-脱水循环后基本上不变。在又一实施例中，所述水凝胶的保水容量至少约为所述水凝胶的重量的10倍或50倍。在又一实施例中，所述水凝胶的保水容量至少约为所述水凝胶的重量的10%或20%或100%或1000%。在又一实施例中，所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料的重量之比约为1:3或1:6。在又一实施例中，所述聚丙烯酸来自回收利用的聚丙烯酸。在又一实施例中，所述水凝胶还包括纤维素、明胶和/或黏土。在又一实施例中，所述纤维素包括羟甲基纤维素。在又一实施例中，所述水凝胶的拉伸强度为约1000g/cm2（克/平方厘米）至约4000g/cm2或约2000g/cm2至约3000g/cm2。在又一实施例中，所述水凝胶的冲击强度为约1000g/cm2至约4000g/cm2或约2000g/cm2至约3000g/cm2。在又一实施例中，所述水凝胶还包括肥料、硅土、聚乙烯或聚苯乙烯。在又一实施例中，所述第一聚合物材料的分子量Mw(g/mol)（克/摩尔）为约250,000至约1,000,000或者在约400,000至600,000之间。在又一实施例中，所述第二聚合物材料的分子量Mw(g/mol)为约650至约2,000或者在约500至1000。
根据本发明的另一方面，提供一种制备水凝胶的方法，该方法包括在一反应容器提供一带有聚丙烯酸的第一聚合物材料、带有除聚乙二醇外的聚二醇的第二聚合物材料和一种或多种带有乙烯基的物品；混合所述第一聚合物材料、所述第二聚合物材料和所述一种或多种带有乙烯基的物品。在一个实施例中，所述第一聚合物材料基本上为均聚物。在另一实施例中，所述第二聚合物材料基本上为均聚物。在又一实施例中，所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料的重量之比约为1:3或1:6。在又一实施例中，对所述第一聚合物材料、所述第二聚合物材料和所述一种或多种带有乙烯基的物品的混合物加热。在又一实施例中，所述第一聚合物材料、所述第二聚合物材料和至少一种所述带有乙烯基的物品在15°C至30°C之间混合。在又一实施例中，所述带有乙烯基的物品中的至少一个是丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸、乙烯醇、醋酸乙烯酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸乙烯酯、乙烯基苯甲酸、乙烯基苯甲醇、乙烯基硼酸二丁酯、乙烯基甲酰胺、甲基丙烯酸乙烯酯、乙烯基吡啶、1-乙烯基-2-吡咯烷酮、乙烯基磺酸或乙烯基三甲氧基硅烷。在又一实施例中，所述聚丙烯酸来自回收利用的聚丙烯酸。
根据本发明的又一方面，提供一种凝胶，该凝胶包括带有聚丙烯酸的第一聚合物材料、带有除聚乙二醇外的聚二醇的第二聚合物材料，其中所述第一聚合物材料通过氢键连接到所述第二聚合物材料。在一个实施例中，所述聚二醇为聚四亚甲基醚二醇。在另一实施例中，所述第一聚合物材料基本上为均聚物。在又一实施例中，所述第二聚合物材料基本上为均聚物。在又一实施例中，所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料的重量之比约为1:3或1:6。在又一实施例中，所述第一聚合物材料的分子量Mw(g/mol)为约250,000至约1,000,000或者在约400,000和600,000之间。在又一实施例中，所述第二聚合物材料的分子量Mw(g/mol)为约650至约2,000或者在约500和1000之间。在又一实施例中，提供一种包括所述凝胶的水凝胶。在又一实施例中，所述水凝胶的保水容量至少约为所述水凝胶的重量的10倍或50倍。在又一实施例中，所述水凝胶的保水容量至少约为所述水凝胶的重量的10%或20%或100%或1000%。在又一实施例中，所述水凝胶在一个、两个或50个吸水-脱水循环后基本上不变。在又一实施例中，所述水凝胶还包括肥料、硅土、聚乙烯或聚苯乙烯。在又一实施例中，所述水凝胶还包括纤维素、明胶和/或黏土中的一种或多种。在又一实施例中，所述纤维素包括羧甲基纤维素。在又一实施例中，所述聚丙烯酸来自回收利用的聚丙烯酸。在又一实施例中，所述水凝胶的拉伸强度为约1000g/cm2至约4000g/cm2或约2000g/cm2至约3000g/cm2。在又一实施例中，所述水凝胶的冲击强度为约1000g/cm2至约4000g/cm2或约2000g/cm2至约3000g/cm2。
根据本发明的又一方面，提供一种制备凝胶的方法，该方法包括混合第一聚合物材料和第二聚合物材料，以在所述第一聚合材料和所述第二聚合材料之间引入氢键，其中所述第一聚合材料包括聚丙烯酸，所述第二聚合材料包括除聚乙二醇外的聚二醇。在一个实施例中，所述第一聚合物材料基本上为均聚物。在另一实施例中，所述第二聚合物材料基本上为均聚物。在又一实施例中，所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料在15°C至30°C之间混合。在又一实施例中，所述凝胶的制备不使用催化剂。在又一实施例中，所述聚二醇为聚四亚甲基醚二醇。在又一实施例中，所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料的重量之比约为1:3或1:6。在又一实施例中，所述聚丙烯酸来自回收利用的聚丙烯酸。在又一实施例中，所述凝胶的拉伸强度为约1000g/cm2至约4000g/cm2或约2000g/cm2至约3000g/cm2。在又一实施例中，所述凝胶的冲击强度为约1000g/cm2至约4000g/cm2或约2000g/cm2至约3000g/cm2。
根据本发明的又一方面，提供一种农业耕作方法，该方法包括在一块土壤里提供一水凝胶，所述水凝胶包括一键合至一第二聚合物材料的一第一聚合物材料，其中所述第一聚合物材料包括聚丙烯酸，所述第二聚合物材料包括除聚乙二醇外的聚二醇。在一个实施例中，所述第二聚合物材料为聚四亚甲基醚二醇。在另一实施例中，所述第一聚合物材料基本上为均聚物。在又一实施例中，所述第二聚合物材料基本上为均聚物。在又一实施例中，所述水凝胶的保水容量至少约为所述水凝胶的重量的10倍或50倍。在又一实施例中，所述水凝胶的保水容量至少约为所述水凝胶的重量的10%。在又一实施例中，所述水凝胶的保水容量至少约为所述水凝胶的重量的20%或100%或1000%。在又一实施例中，所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料的重量之比约为1:3或1:6。在又一实施例中，所述水凝胶还包括交联剂。在又一实施例中，所述水凝胶无须催化剂制备。在又一实施例中，所述第一聚合物材料的分子量Mw(g/mol)为约250,000至约1,000,000或者在约400,000和600,000之间。在又一实施例中，所述第二聚合物材料的分子量Mw(g/mol)为约500至约2,000或者在约650和1000之间。在又一实施例中，所述聚丙烯酸来自回收利用的聚丙烯酸。
根据本发明的又一方面，提供一种设置为在干旱环境中种植种子的系统，该系统包括一种子容器和在所述种子容器内的种子，所述种子容器由带有聚丙烯酸的、以氢键连接至一第二聚合物材料的第一聚合物材料制成。在一个实施例中，所述第二聚合物材料为聚四亚甲基醚二醇。在另一实施例中，所述第一聚合物材料基本上为均聚物。在又一实施例中，所述第二聚合物材料基本上为均聚物。在又一实施例中，所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料的重量之比约为1:3或1:6。在又一实施例中，所述第一聚合物材料的分子量Mw(g/mol)为约250,000至约1,000,000或者在约400,000和600,000之间。在又一实施例中，所述第二聚合物材料的分子量Mw(g/mol)为约500至约2,000或者在约650和1000之间。在又一实施例中，提供一种种植植物的方法，该方法包括在一块土壤里提供一种子，所述种子设置为在干旱环境中生长，所述种子还包括一种子容器和在所述种子容器内的种子，所述种子容器由带有聚丙烯酸的、以氢键连接至一带聚二醇的第二聚合物材料的第一聚合物材料制成。在又一实施例中，所述种子生长的植物包括一叶部，所述叶部与没有种子容器的种子生长的叶部相比质量至少为二倍或三倍或五倍或十倍。在又一实施例中，所述种子生长的植物包括一根部，所述根部与没有种子容器的种子生长的根部相比质量至少为二倍或三倍或五倍或十倍。
根据本发明的又一方面，提供一块土壤，该土壤包括土壤和土壤内的水凝胶，所述水凝胶由带有聚丙烯酸的、以氢键连接至一带有聚二醇的第二聚合物材料的第一聚合物材料制成。在一个实施例中，所述聚二醇为聚四亚甲基醚二醇。在另一实施例中，所述第一聚合物材料基本上为均聚物。在又一实施例中，所述第二聚合物材料基本上为均聚物。在又一实施例中，所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料的重量之比约为1:3或1:6。在又一实施例中，所述第一聚合物材料的分子量Mw(g/mol)为约250,000至约1,000,000或者在约400,000和600,000之间。在又一实施例中，所述第二聚合物材料的分子量Mw(g/mol)为约500至约2,000或者在约650和1000之间。在又一实施例中，所述水凝胶在一个、两个或50个吸水-脱水循环后基本上不变。在又一实施例中，所述水凝胶的保水容量至少约为所述水凝胶的重量的10倍或50倍。在又一实施例中，所述水凝胶的保水容量至少约为所述水凝胶的重量的10%或20%或100%或1000%。在又一实施例中，所述水凝胶还包括带乙烯基的物品。在又一实施例中，所述带有乙烯基的物品可以是丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸、乙烯醇、醋酸乙烯酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸乙烯酯、乙烯基苯甲酸、乙烯基苯甲醇、乙烯基硼酸二丁酯、乙烯基甲酰胺、甲基丙烯酸乙烯酯、乙烯基吡啶、1-乙烯基-2-吡咯烷酮、乙烯基磺酸或乙烯基三甲氧基硅烷。在又一实施例中，所述带有乙烯基的物品为聚合物。在又一实施例中，所述带有乙烯基的物品共价键连接至所述第一聚合物材料。在又一实施例中，所述聚丙烯酸来自回收利用的聚丙烯酸。
根据本发明的又一方面，提供一种凝胶，所述凝胶包括聚丙烯酸和除聚乙二醇外的聚二醇，其中所述聚丙烯酸通过氢键连接至所述聚二醇。在一个实施例中，所述聚二醇为聚四亚甲基醚二醇。在另一实施例中，所述第一聚合物材料基本上为均聚物。在又一实施例中，所述第二聚合物材料基本上为均聚物。在又一实施例中，所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料的重量之比约为1:3或1:6。在又一实施例中，所述第一聚合物材料的分子量Mw(g/mol)为约250,000至约1,000,000或者在约400,000和600,000之间。在又一实施例中，所述第二聚合物材料的分子量Mw(g/mol)为约500至约2,000或者在约650和1000之间。在又一实施例中，水凝胶包括一种凝胶，所述凝胶包括聚丙烯酸和除聚乙二醇外的聚二醇，其中所述聚丙烯酸通过氢键连接至所述聚二醇。
根据本发明的又一方面，提供一种环境友好的水凝胶，所述水凝胶包括聚丙烯酸均聚物，所述均聚物氢键连接至另一带有环境友好的聚二醇的均聚物。
根据本发明的又一方面，提供一种制备环境友好的水凝胶的方法，该方法包括混合聚丙烯酸均聚物和另一带有环境友好的聚二醇的均聚物。所述聚丙烯酸均聚物与所述另一均聚物之间形成氢键作用。
根据本发明的又一方面，提供一种环境友好的水凝胶，所述水凝胶包括带聚丙烯酸的一第一聚合物材料，所述第一聚合物材料通过氢键连接至另一带有环境友好的聚二醇的一第二聚合物材料。
根据本发明的又一方面，提供一种制备环境友好的水凝胶的方法，该方法包括混合带有聚丙烯酸的第一聚合物材料和另一带有环境友好的聚二醇的第二聚合物材料，混合后所述聚丙烯酸与所述环境友好的聚二醇之间形成氢键作用。
根据本发明的又一方面，提供一种环境友好的水凝胶，所述水凝胶包括带聚丙烯酸的一第一聚合物材料，带聚二醇的一第二聚合物材料和一种或多种环境友好的聚合物，所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料之间有氢键作用。
根据本发明的又一方面，提供一种制备环境友好的水凝胶的方法，该方法包括在一反应容器提供带有聚丙烯酸的第一聚合物材料、带有聚二醇的第二聚合物材料和一种或多种环境友好的聚合物，混合所述带有聚丙烯酸的第一聚合物材料、所述带有聚二醇的第二聚合物材料和所述一种或多种环境友好的聚合物。
根据下面的详细描述，本领域技术人员会容易地理解本发明的其他方面和优点，其中本说明书仅仅示出和描述了示例性的实施例。可以理解，其他的和不同的实施例也可以实施本发明，可以对实施例的细节进行改变而不背离本发明的范围。因此，附图和详细描述仅仅是示例性的而不构成具有限定性。
参考引用
本说明书中提到的所有出版物、专利和专利申请均在此引作参考，就像每个单个的出版物、专利和专利申请引作参考一样。
附图说明
所附的权利要求限定了本发明的新颖性的特点。参考附图并结合对示例性实施例的下述详细描述，本发明的特征和优点会更清楚，所述实施例利用了本发明的原理，附图中：
图1示出了根据本发明一个实施例的、形成在一个模具内的三维（“3D”）凝胶；
图2示出了根据本发明一个实施例的、凝胶单体子单元之间形成的氢键；其中示出了羟基氧(O)、氢(H)和聚合物链中的氧(-O-)；
图3示出了根据实例1的方法形成的凝胶；
图4示出了聚丙烯酸样品（上部）和PAA-PTMEG（聚丙烯酸-聚四亚甲基醚二醇）三维聚合物凝胶（下部）的傅里叶变换红外（FTIR）色谱；
图5示出了聚四亚甲基醚二醇（PTMEG）样品（上部）和PAA-PTMEG三维聚合物凝胶（下部）的傅里叶变换红外（FTIR）色谱；
图6示出了水凝胶的压缩试验；
图7示出了包含在水凝胶内的水的蒸发速率；
图8示出了PTMEG(8a)和PAA-PTMEG三维聚合物凝胶（8b）的差示扫描量热曲线；和
图9示出了PAA-PTMEG三维聚合物凝胶与聚乙烯混合后的差示扫描量热(DSC)曲线。聚乙烯与PAA-PTMEG凝胶混合后，玻璃化温度或熔点(Tm)不同于聚乙烯本身。
具体实施方式
尽管在此示出和描述了本发明的优选实施例，本领域技术人员可以理解，这些实施例仅仅是示例性的。本领域技术人员可以进行多种改动、变化和替代而不背离本发明。应当理解，在此描述的各种替代方案可以用来实施本发明。
在此所用的术语“聚合物材料”包括带有一个或多个单体子单元（或单元）的材料。在一个实施例中，聚合物材料可以包括一种或多种重复子单元。在另一实施例中，聚合物材料可以包括同一种重复子单元。在又一实施例中，聚合物材料可以包括两种或多种不同的重复子单元。在又一实施例中，聚合物材料可以包括彼此键合的单体子单元。在又一实施例中，聚合物材料可以包括彼此借助共价键键合的单体子单元。
在此所用的术语“凝胶”包括一材料，所述材料包括一种或多种键合在一起的聚合物材料。在一个实施例中，凝胶（或“聚合物凝胶”）可以包括一种或多种键合在一起的聚合物材料，以形成三维结构。在另一实施例中，凝胶可以包括两种键合在一起的聚合物材料，以形成三维结构（或三维网络）。在又一实施例中，凝胶可以包括一种或多种借助氢键键合在一起的聚合物材料。在又一实施例中，凝胶可以包括一种或多种仅仅借助氢键键合在一起的聚合物材料。在又一实施例中，带有一个或多个单体子单元的第一聚合物材料通过氢键键合至带有一个或多个单体子单元的第二聚合物材料。在又一实施例中，所述氢键在第一聚合物材料的氢原子和电负性原子（例如氧、氮、氟）之间形成。
在此所用的术语“水凝胶”（也称作“水性凝胶”）为设置为保持水的任何物质。水凝胶可以包括多个亲水根，即对一个或多个水分子具有吸引作用的基团或子基团。根据在此描述的方法制成的水凝胶的保水能力等于或超过目前的水凝胶。
在此所用的术语“均聚物”为由同样的单体构成的聚合物物质。例如丙烯酸的均聚物为仅包含丙烯酸的聚合物。在此所用的术语“基本上均聚物”是指包括约80%、或约81%、或约82%、或约83%、或约84%、或约85%、或约86%、或约87%、或约88%、或约89%、或约90%、或约91%、或约92%、或约92%、或约94%、或约95%、或约96%、或约97%、或约98%、或约99%、或约99.5%、或约99.9%、或约99.95%的同一种单体单元的聚合物材料。例如，带聚丙烯酸的材料为基本上均聚物是指该材料的至少80%由丙烯酸单体单元构成。例如，带聚四亚甲基醚二醇（PTMEG）的聚合物材料为基本上均聚物是指该材料的至少80%由聚四亚甲基醚二醇单体单元构成。
在此所用的术语“基本上不变”是指凝胶或水凝胶在吸水-脱水循环后呈现吸水-脱水循环之前同样的质量（mass）。
上述的凝胶或水凝胶材料还可以和其他材料（例如聚乙烯或聚苯乙烯）混合，以形成具有高拉伸强度和高冲击强度的聚合物复合物。
在此提供的凝胶或水凝胶可以用于多种应用，例如农业目的的水保持系统。在此提供的凝胶或水凝胶至少部分基于出于意料的效果，在此提供的特定组分的结合导致所形成的凝胶或水凝胶具有适于这种应用的特性，例如高保水容量。例如，带有聚丙烯酸和聚四亚甲基醚二醇的凝胶对环境友好，长期使用不会导致环境污染。在一些情形，这种凝胶和水凝胶可以在室温或接近室温下容易地形成而无需加热，在一些情形不需要借助催化剂，从而减小了加工成本并最终减小了可能导致全球变暖的排放。
在各种实施例中，公开了无需催化剂生产凝胶的组合物和方法。在一些实施例中，可以在室温（即在约15°C至30°C之间的温度）生产凝胶，节约了加工成本。在另一些实施例中，凝胶不明显溶于有机溶剂或水。
在一些实施例中，两种聚合物材料形成聚合物凝胶（在此也称作“凝胶”），其可以是软的韧性材料。凝胶的粘度至少类似于橡胶或类似橡胶的材料。在一些情形，凝胶的粘度大于约103Pa·s（帕秒）或104Pa·s或105Pa·s或106Pa·s或107Pa·s或108Pa·s或109Pa·s或1010Pa·s或1011Pa·s或1012Pa·s。在一个实施例中，可以在室温生产凝胶，并且无需催化剂且无副产物。
在一个实施例中，公开了用于生产水凝胶的组合物和方法。所述水凝胶可以由在此提供的凝胶制成，所述凝胶可以包括单链的第一聚合物材料，例如PAA，其通过氢键连接至单链的第二聚合物材料，例如PTMEG。
使用上述的聚合物凝胶作为骨架，可以通过将特定的亲水性单体与两种聚合物材料混合和其他单体的原位聚合来制备亲水性水凝胶，所述聚合物材料例如是聚丙烯酸（也称作PAA），所述其他单体例如是带乙烯基的单体。
上述的水凝胶可以与材料诸如肥料或土壤混合，以提供具有提高的保水容量的混合材料。
凝胶和水凝胶
根据水凝胶本发明的一个方面，提供一种凝胶（在此也称作“类似凝胶的物质”）。在一个实施例中，提供一种三维（“3D”）凝胶。所述三维凝胶可以包括两种或多种聚合物材料。在一些情形，凝胶包括两种或多种彼此之间氢键连接的聚合物材料。所述聚合物材料可以通过其一个或多个子单元彼此氢键连接。
在一些实施例中，凝胶包括1种、2种、3种、4种、5种、6种、7种、8种、9种、10种或更多种彼此之间氢键连接的聚合物材料。
在一些实例中，提供的凝胶带有一第一聚合物材料和一第二聚合物材料。在一个实施例中，所述第一聚合物材料交联至所述第二聚合物材料。在另一实施例中，所述第一聚合物材料通过氢键连接至所述第二聚合物材料。在又一实施例中，所述第一聚合物材料只通过氢键连接至所述第二聚合物材料。在又一实施例中，所述第一聚合物材料为线性聚丙烯酸（“PAA”），所述第二聚合物材料为聚二醇。在又一实施例中，所述第一聚合物材料为PAA，所述第二聚合物材料为聚四亚甲基醚二醇（“PTMEG”）。在一些实施例中，所述凝胶包括一第三聚合物材料。在一个实施例中，所述第三聚合物材料通过氢键连接至所述第二聚合物材料。在一个实施例中，所述第三聚合物材料通过氢键连接至所述第一聚合物材料。在另一实施例中，所述第三聚合物材料通过氢键连接至所述第一和第二聚合物材料。在又一实施例中，所述第一聚合物材料为PAA，所述第二聚合物材料为聚二醇，所述第三聚合物材料为聚丙烯酰胺（“PAM”）。在又一实施例中，所述第一聚合物材料为PAA，所述第二聚合物材料为PTMEG，所述第三聚合物材料为聚乙烯醇。在又一实施例中，所述第三聚合物材料通过共价键连接至所述第一聚合物材料。
在一些实施例中，PAA来自回收利用的聚丙烯酸，例如从用过的尿布提取的聚丙烯酸。在一些情形，可能需要额外的过程来制备回收利用的聚丙烯酸，以用于在此的凝胶和水凝胶。
在一个实施例中，凝胶包括聚丙烯酸（或聚合的丙烯酸，“PAA”）和聚二醇。在一些实施例中，凝胶还包括未聚合的丙烯酸单体。在一些实施例中，凝胶包括带乙烯基的单体（在此也称作“带乙烯基的材料”），包括丙烯酰胺、甲基丙烯酸、乙烯醇、醋酸乙烯酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸乙烯酯、乙烯基苯甲酸、乙烯基苯甲醇、乙烯基硼酸二丁酯、乙烯基甲酰胺、甲基丙烯酸乙烯酯、乙烯基吡啶、1-乙烯基-2-吡咯烷酮、乙烯基磺酸和乙烯基三甲氧基硅烷。在一些实施例中，凝胶包括带乙烯基的聚合物（在此也称作带乙烯基的材料）。当带乙烯基的材料为酸时，凝胶可以包括该酸的盐类衍生物。例如，当所述单体为丙烯酸时，凝胶可以包括丙烯酸的钠盐或钾盐，或者聚丙烯酸的钠盐或钾盐。在一些实施例中，带乙烯基的材料通过共价键连接至聚丙烯酸。
在一些实施例中，凝胶包括聚合的丙烯酸，(“PAA”)和一种或多种聚二醇，所述一种或多种聚二醇选自聚乙二醇（PEG）、聚四亚甲基醚二醇（PTMEG）和聚丙二醇（PPG）。尽管PPG提供理想的高柔软度的聚合物凝胶，其较少用于医疗应用，这是因为PPG需要催化剂和异氰酸酯反应。在另一实施例中，凝胶包括PAA和PEG。在又一实施例中，凝胶包括PAA和PTMEG。在又一实施例中，凝胶包括PAA和PPG。
在一个实施例中，凝胶（包括水凝胶）包括一第一聚合物材料和一第二聚合物材料，所述第二聚合物材料具有–O–(CH2)n子单元，其中n为大于或等于2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20的数。在另一实施例中，n大于或等于2。在又一实施例中，n大于或等于3。在又一实施例中，n大于或等于4。在这一情形，所述第二聚合物可以是PTMEG。在又一实施例中，所述凝胶可以包括一第三聚合物材料。在又一实施例中，所述凝胶可以包括聚合物材料之间的氢键作用。
在一个实施例中，凝胶包括一第一聚合物材料和一第二聚合物材料，所述第二聚合物材料具有–O–(CH2CH2)m子单元，其中m为大于或等于2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20的数。在另一实施例中，m大于或等于2。在这一情形，所述第二聚合物可以是PTMEG。在又一实施例中，m大于或等于3。在又一实施例中，m大于或等于4。在一个实例中，所述第一聚合物材料可以包括一通过氢键连接至所述第二聚合物材料的聚合物材料。在一些实例中，所述第一聚合物材料可以包括PAA。在另一实例中，所述凝胶可以包括聚合物材料之间的氢键作用。
在一个实施例中，三维凝胶结构可以通过混合聚丙烯酸和聚二醇从而提供一聚合物而形成，其中这两个组分仅仅通过它们的氢键作用。在一些情形，凝胶通过加热带聚丙烯酸和聚二醇的混合物形成。所述混合材料的性能不同于起始物料。所述线性聚丙烯酸为粉末，所述聚二醇在室温下为粘性液体。在另一实施例中，所述混合材料为类似橡胶的固体（即具有类似于橡胶或类似橡胶的材料的粘度）。在又一实施例中，所述混合材料不能显著地溶于任何溶剂，有机溶剂或水。
在一个实施例中，凝胶包括聚丙烯酸（PAA）和聚二醇，它们的平均分子量选择为提供理想的凝胶性能。在另一实施例中，凝胶包括PAA和PTMEG，它们的平均分子量选择为提供理想的凝胶性能。
在一些实施例中，凝胶包括PAA，其平均分子量（Mw）在约1,800至约4,000,000(g/mol)之间。在一些实施例中，凝胶包括聚二醇，其平均分子量（Mw）至少约250、至少约650、至少约1000、至少约2000或至少约3000。
在一些实施例中，所述第一聚合物和所述第二聚合物的重量比为约1:1、或约1:2、或约1:3、或约1:6、或约1:10、或约1:20、或约2:1、或约3:1、或约4:1、或约5:1、或约6:1、或约10:1、或约20:1、或更高。
在一些实施例中，包括第一聚合物和第二聚合物的凝胶与聚乙烯混合。在一些实施例中，聚乙烯和包括第一聚合物和第二聚合物的凝胶的混合物呈现比聚乙烯本身更高的冲击强度。在一些实施例中，聚乙烯和包括第一聚合物和第二聚合物的凝胶的混合物呈现比聚乙烯本身更高的拉伸强度。
环境友好的凝胶和水凝胶
根据本发明的一个方面，提供环境友好的凝胶和水凝胶。环境友好的凝胶和水凝胶可以是非毒性的和/或可生物降解的。非毒性的和可生物降解的水凝胶可以利用第一聚合物材料诸如聚丙烯酸和第二聚合物材料诸如一种环境友好的聚二醇制备。这种非毒性的和可生物降解的水凝胶对环境友好（在此也称作“环境友好的水凝胶”），这是因为它们减小（如果没有消除）有害成分的产生，例如从而减小（如果没有消除）有害成分进入（或泄漏到）水源。在一些实施例中，所述环境友好的聚二醇为聚四亚甲基醚二醇（PTMEG）。在一些实施例中，所述第一聚合物材料为均聚物。在一些实施例中，所述环境友好的聚二醇为均聚物。在一些实施例中，所述第一聚合物材料，例如聚丙烯酸，通过氢键连接至所述环境友好的聚二醇。在一些实施例中，所述环境友好的聚二醇不包括聚乙二醇。
在一些实施例中，一种环境友好的水凝胶与聚乙烯混合。环境友好的水凝胶与聚乙烯的混合物能呈现比聚乙烯本身更高的冲击强度。在一些情形，环境友好的水凝胶与聚乙烯的混合物能呈现比聚乙烯本身更高的拉伸强度。
在一些实施例中，环境友好的水凝胶呈现的性能如以下对凝胶和水凝胶所描述。在一些实施例中，一种环境友好的水凝胶还可以与一环境友好的聚合物结合，如下文所述，所述聚合物不是聚二醇，例如是纤维素。在一些实施例中，环境友好的水凝胶通过下述的方法制备。在一些实施例中，环境友好的水凝胶具有上述的组合物。在一些实施例中，环境友好的水凝胶与一材料诸如肥料或土壤混合，以提供高保水容量的混合材料。
包括一种环境友好的聚二醇的环境友好的水凝胶与包括毒性聚二醇的水凝胶相比优点在于，不含毒性材料的水凝胶可以有更广泛的应用。例如，环境友好的水凝胶可以用于农业或医疗应用，或者与环境友好的聚合物相结合以提供适于医药和农业的混合物。下文会描述环境友好的水凝胶的进一步应用。
制备凝胶和水凝胶的方法
根据本发明的另一方面，提供制备凝胶（在此也称作“类似凝胶的物质”）的方法，所述凝胶包括三维凝胶(“3D”)。在一个实施例中，第一步骤用于制成一第一聚合物材料，第二步骤用于制成一第二聚合物材料。所述第一和第二聚合物材料混合形成凝胶。所述聚合物材料可以在一反应容器或反应室混合，例如在一烧杯、桶、槽或大桶内。在一些情形，所述聚合物材料可以在持续搅拌条件下加入所述反应容器。
在一个实施例中，制备凝胶或类似凝胶的物质的方法包括结合一第一聚合物材料和一第二聚合物材料以形成凝胶，所述凝胶具有通过所述第一和第二聚合物材料的子单元之间的氢键连接至所述第二聚合物材料的所述第一聚合物材料。
在一个实施例中，通过在室温下混合带有PAA的第一聚合物材料和带有聚二醇（例如PEG，PTMEG，PPG）的第二聚合物材料来制备凝胶。在一些情形，所述第二聚合物材料不包括聚乙二醇。在另一实施例中，通过在约15°C至35°C、15°C至30°C、20°C至30°C或22°C至27°C的温度混合带有PAA的第一聚合物材料和带有聚二醇（例如PEG，PTMEG，PPG）的第二聚合物材料来制备凝胶。在又一实施例中，通过混合带有PAA的第一聚合物材料和带有聚二醇的第二聚合物材料来制备凝胶，混合温度在约15°C、15.1°C、15.2°C、15.3°C、15.4°C、15.5°C、15.6°C、15.7°C、15.8°C、15.9°C、16.0°C、16.1°C、16.2°C、16.3°C、16.4°C、16.5°C、16.6°C、16.7°C、16.8°C、16.9°C、17.0°C、17.1°C、17.2°C、17.3°C、17.4°C、17.5°C、17.6°C、17.7°C、17.8°C、17.9°C、18.0°C、18.1°C、18.2°C、18.3°C、18.4°C、18.5°C、18.6°C、18.7°C、18.8°C、18.9°C、19.0°C、19.1°C、19.2°C、19.3°C、19.4°C、19.5°C、19.6°C、19.7°C、19.8°C、19.9°C、20.0°C、20.1°C、20.2°C、20.3°C、20.4°C、20.5°C、20.6°C、20.7°C、20.8°C、20.9°C、21.0°C、21.1°C、21.2°C、21.3°C、21.4°C、21.5°C、21.6°C、21.7°C、21.8°C、21.9°C、22.0°C、22.1°C、22.2°C、22.3°C、22.4°C、22.5°C、22.6°C、22.7°C、22.8°C、22.9°C、23.0°C、23.1°C、23.2°C、23.3°C、23.4°C、23.5°C、23.6°C、23.7°C、23.8°C、23.9°C、24.0°C、24.1°C、24.2°C、24.3°C、24.4°C、24.5°C、24.6°C、24.7°C、24.8°C、24.9°C、25.0°C、25.1°C、25.2°C、25.3°C、25.4°C、25.5°C、25.6°C、25.7°C、25.8°C、25.9°C、26.0°C、26.1°C、26.2°C、26.3°C、26.4°C、26.5°C、26.6°C、26.7°C、26.8°C、26.9°C、27.0°C、27.1°C、27.2°C、27.3°C、27.4°C、27.5°C、27.6°C、27.7°C、27.8°C、27.9°C、28.0°C、28.1°C、28.2°C、28.3°C、28.4°C、28.5°C、28.6°C、28.7°C、28.8°C、28.9°C、29.0°C、29.1°C、29.2°C、29.3°C、29.4°C、29.5°C、29.6°C、29.7°C、29.8°C、29.9°C、30.0°C、31.0°C、31.1°C、31.2°C、31.3°C、31.4°C、31.5°C、31.6°C、31.7°C、31.8°C、31.9°C、32.0°C、32.1°C、32.2°C、32.3°C、32.4°C、32.5°C、32.6°C、32.7°C、32.8°C、32.9°C、33.0°C、33.1°C、33.2°C、33.3°C、33.4°C、33.5°C、33.6°C、33.7°C、33.8°C、33.9°C、34.0°C、34.1°C、34.2°C、34.3°C、34.4°C、34.5°C、34.6°C、34.7°C、34.8°C、34.9°C或35.0°C。
在一个实施例中，通过在室温下混合带有PAA的第一聚合物材料和带有PEG、PTMEG和PPG中一个或多个的第二聚合物材料来制备凝胶。在一些情形，所述第二聚合物材料不包括聚乙二醇。在另一实施例中，通过在约15°C至35°C、15°C至30°C、20°C至30°C或22°C至27°C的温度混合带有PAA的第一聚合物材料和带有聚二醇（例如PEG，PTMEG，PPG）的第二聚合物材料来制备凝胶。在又一实施例中，通过混合带有PAA的第一聚合物材料和带有PEG、PTMEG和PPG中一个或多个的第二聚合物材料来制备凝胶，混合温度在约15°C、15.1°C、15.2°C、15.3°C、15.4°C、15.5°C、15.6°C、15.7°C、15.8°C、15.9°C、16.0°C、16.1°C、16.2°C、16.3°C、16.4°C、16.5°C、16.6°C、16.7°C、16.8°C、16.9°C、17.0°C、17.1°C、17.2°C、17.3°C、17.4°C、17.5°C、17.6°C、17.7°C、17.8°C、17.9°C、18.0°C、18.1°C、18.2°C、18.3°C、18.4°C、18.5°C、18.6°C、18.7°C、18.8°C、18.9°C、19.0°C、19.1°C、19.2°C、19.3°C、19.4°C、19.5°C、19.6°C、19.7°C、19.8°C、19.9°C、20.0°C、20.1°C、20.2°C、20.3°C、20.4°C、20.5°C、20.6°C、20.7°C、20.8°C、20.9°C、21.0°C、21.1°C、21.2°C、21.3°C、21.4°C、21.5°C、21.6°C、21.7°C、21.8°C、21.9°C、22.0°C、22.1°C、22.2°C、22.3°C、22.4°C、22.5°C、22.6°C、22.7°C、22.8°C、22.9°C、23.0°C、23.1°C、23.2°C、23.3°C、23.4°C、23.5°C、23.6°C、23.7°C、23.8°C、23.9°C、24.0°C、24.1°C、24.2°C、24.3°C、24.4°C、24.5°C、24.6°C、24.7°C、24.8°C、24.9°C、25.0°C、25.1°C、25.2°C、25.3°C、25.4°C、25.5°C、25.6°C、25.7°C、25.8°C、25.9°C、26.0°C、26.1°C、26.2°C、26.3°C、26.4°C、26.5°C、26.6°C、26.7°C、26.8°C、26.9°C、27.0°C、27.1°C、27.2°C、27.3°C、27.4°C、27.5°C、27.6°C、27.7°C、27.8°C、27.9°C、28.0°C、28.1°C、28.2°C、28.3°C、28.4°C、28.5°C、28.6°C、28.7°C、28.8°C、28.9°C、29.0°C、29.1°C、29.2°C、29.3°C、29.4°C、29.5°C、29.6°C、29.7°C、29.8°C、29.9°C、30.0°C、31.0°C、31.1°C、31.2°C、31.3°C、31.4°C、31.5°C、31.6°C、31.7°C、31.8°C、31.9°C、32.0°C、32.1°C、32.2°C、32.3°C、32.4°C、32.5°C、32.6°C、32.7°C、32.8°C、32.9°C、33.0°C、33.1°C、33.2°C、33.3°C、33.4°C、33.5°C、33.6°C、33.7°C、33.8°C、33.9°C、34.0°C、34.1°C、34.2°C、34.3°C、34.4°C、34.5°C、34.6°C、34.7°C、34.8°C、34.9°C或35.0°C。在又一实施例中，通过在25°C和30°C之间的温度混合带有PAA的第一聚合物材料和带有PEG、PTMEG和PPG中一个或多个的第二聚合物材料来制备凝胶。
在一个实施例中，通过在室温混合聚丙烯酸（PAA）和聚四亚甲基醚二醇（PTMEG）来制备类似凝胶的物质，聚四亚甲基醚二醇也称作聚（四亚甲基醚二醇）。PTMEG可以用于制备聚氨酯和其他聚合物材料（在此也称作“聚合物”），它们已经批准用于医疗和牙科使用。在另一实施例中，通过结合聚丙烯酸（PAA）粉末和聚二醇的粘性溶液并在室温连续搅拌来制备类似凝胶的物质。在又一实施例中，PAA和聚二醇可以在约15°C至35°C或20°C至30°C结合形成凝胶而无须使用催化剂（例如非均相和均相催化剂）。在又一实施例中，无须使用非均相催化剂而形成凝胶。在又一实施例中，无须使用均相催化剂而形成凝胶。
在一个实施例中，通过混合PAA和聚二醇来制备凝胶，其中两者的重量比为约0.1:1、0.2:1、0.3:1、0.4:1、0.5:1、0.6:1、0.7:1、0.8:1、0.9:1、1:1、1.1:1、1.2:1、1.3:1、1.4:1、1.5:1、1.6:1、1.7:1、1.8:1、1.9:1或2:1。在另一实施例中，通过混合PAA和聚二醇来制备凝胶，其中两者的重量比为约0.1:1、0.11:1、0.12:1、0.13:1、0.14:1、0.15:1、0.16:1、0.17:1、0.18:1、0.19:1、0.2:1、0.21:1、0.22:1、0.23:1、0.24:1、0.25:1、0.26:1、0.27:1、0.28:1、0.29:1、0.3:1、0.31:1、0.32:1、0.33:1、0.34:1、0.35:1、0.36:1、0.37:1、0.38:1、0.39:1、0.4:1、0.41:1、0.42:1、0.43:1、0.44:1、0.45:1、0.46:1、0.47:1、0.48:1、0.49:1或0.5:1。
在一个实施例中，通过混合PAA和PTMEG来（在此也称作“PTMG”）制备凝胶，其中两者的重量比为约0.1:1、0.2:1、0.3:1、0.4:1、0.5:1、0.6:1、0.7:1、0.8:1、0.9:1、1:1、1.1:1、1.2:1、1.3:1、1.4:1、1.5:1、1.6:1、1.7:1、1.8:1、1.9:1或2:1。在另一实施例中，通过混合PAA和PTMEG来制备凝胶，其中两者的重量比为约0.1:1、0.11:1、0.12:1、0.13:1、0.14:1、0.15:1、0.16:1、0.17:1、0.18:1、0.19:1、0.2:1、0.21:1、0.22:1、0.23:1、0.24:1、0.25:1、0.26:1、0.27:1、0.28:1、0.29:1、0.3:1、0.31:1、0.32:1、0.33:1、0.34:1、0.35:1、0.36:1、0.37:1、0.38:1、0.39:1、0.4:1、0.41:1、0.42:1、0.43:1、0.44:1、0.45:1、0.46:1、0.47:1、0.48:1、0.49:1或0.5:1。在又一实施例中，通过混合PAA和PTMEG（在此也称作“PTMG”）来制备凝胶，其中两者的重量比为约1:3（PAA对PTMG之比）。
在一个实施例中，在混合PAA和聚二醇后，制成的凝胶的PAA和聚二醇基团之间有交联，也就是说，PAA聚合物和聚二醇聚合物之间有交联。交联的形成依赖于聚丙烯酸的COOH基团和聚二醇的–O–R–O–基团之间的氢键的形成。在一个实施例中，交联的形成依赖于PAA的COOH基团和PTMEG的–O–R–O–基团之间的氢键的形成。
在一个情形，使用PTMEG可以形成高压缩性和拉伸强度的块状材料（例如软的或硬的块状材料）、薄膜和颗粒。在另一实施例中，聚丙烯酸和聚四亚甲基醚二醇形成的混合材料还可以由有机溶剂系统和水性系统之一或二者制备。例如参见实例5和实例6。
参考图1，示出了根据本发明的一个实施例的、形成在模具中的三维(“3D”)聚合物凝胶。在另一实施例中，可以通过混合PAA和聚二醇或者通过让所述混合物在任意形状和尺寸的模具（或外壳）中凝固来形成凝胶，所述聚二醇例如是PTMEG，所述模具例如是圆形、三角形、正方形、矩形、五边形、六边形、七边形或九边形。在一些情形，所述混合物允许凝固至少约1秒、至少约2秒、至少约5秒、至少约10秒、至少约20秒、至少约30秒、至少约40秒、至少约50秒、至少约1分钟、至少约10分钟、至少约30分钟、至少约50分钟、至少约1小时、至少约5小时、至少约24小时、至少约2天、至少约10天、至少约20天、至少约1个月或者更长。
在一个实施例中，在室温制备凝胶（例如在约15°C和35°C之间或在约20°C和30°C之间）而无需对凝胶的组分的混合物进行加热。在另一实施例中，通过在室温混合PAA和一聚二醇制备凝胶而无需对所述混合物加热。在又一实施例中，通过在室温混合PAA和PTMEG来制备凝胶而无需对所述混合物加热。这样可以有益地节约加工成本。
在一个实施例中，在大气压或接近大气压下制备凝胶。在另一实施例中，通过在大气压或接近大气压下混合PAA和一种聚二醇来制备凝胶。在又一实施例中，通过在大气压或接近大气压下混合PAA和PTMEG来制备凝胶。这可以有益地排除高压设备的使用，例如压力室、压缩机和泵，从而节约加工成本。在一个替代实施例中，通过在真空条件下混合PAA和一种聚二醇来制备凝胶。在又一实施例中，通过在真空条件下混合PAA和PTMEG来制备凝胶。
在一个实施例中，在温度在约15°C和35°C之间或者在20°C和30°C之间并且在大气压或接近大气压下，PAA可以是晶体粉末而PTMEG可以是粘性材料，例如软蜡（其在温和加热下会变成自由流动的液体）。
在一个实施例中，可以通过混合PAA和PTMEG来制备凝胶，它们的重量比为1:3（PAA和PTMEG之比）。在另一实施例中，在PTMEG中加入PAA（例如PAA粉末）同时持续搅拌混合物。所得的混合物可以用手或者借助电动混合装置（例如电动搅拌器）搅拌。在又一实施例中，混合可以持续直至PAA完全混合在所述混合物中且搅拌变得更困难。这是由于PAA和PTMEG的混合物的粘度的增加。在一个实施例中，所述混合物的粘度的增加伴随着在混合PAA和一种聚二醇（例如PTMEG）后的凝胶化过程。
在一个实施例中，通过混合PAA和一种聚二醇并且搅拌所述混合物一时间段来制备凝胶，所述时间段在约5分钟至40分钟、在约10分钟至30分钟或者在约15分钟至20分钟。在另一实施例中，通过混合PAA和PTMEG（在此也称作“PTMG”）并且搅拌所述混合物一时间段来制备凝胶，所述时间段在约5分钟至40分钟、在约10分钟至30分钟或者在约15分钟至20分钟。
可以通过在约15°C至30°C下混合第一聚合物材料、第二聚合物材料和第三材料并将所述混合物加热至一温度来制备水凝胶，所述温度在约50°C至100°C、约55°C至70°C或者约58°C至62°C。在一些情形，通过在约15°C至30°C下混合第一聚合物材料、第二聚合物材料和第三材料并将所述混合物加热至一温度来制备水凝胶，所述温度约为55°C、56°C、57°C、58°C、59°C、60°C、61°C、62°C、63°C、64°C或者约65°C。所述第一聚合物材料可以包括PAA，所述第二聚合物材料可以包括PTMEG，所述第三材料可以包括丙烯酰胺(AAm)。在一个实施例中，在约15°C至30°C形成混合物引起在所述第一聚合物（例如PAA）和所述第二聚合物（例如PTMEG）之间形成氢键。
在另一实施例中，通过在约15°C至30°C下混合第一聚合物材料、第二聚合物材料和一带乙烯基的材料并将所述混合物加热至一温度来制备水凝胶，所述温度为约55°C、56°C、57°C、58°C、59°C、60°C、61°C、62°C、63°C、64°C或者65°C。所述第一聚合物材料可以包括PAA，所述第二聚合物材料可以包括PTMEG，所述单体可以包括带有丙烯酰胺(AAm)的材料。在一些实例中，带乙烯基的材料（在此也称作“含乙烯基的材料”）为丙烯酸、甲基丙烯酸、乙烯醇、醋酸乙烯酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸乙烯酯、乙烯基苯甲酸、乙烯基苯甲醇、乙烯基硼酸二丁酯、乙烯基甲酰胺、甲基丙烯酸乙烯酯、乙烯基吡啶、1-乙烯基-2-吡咯烷酮、乙烯基磺酸或乙烯基三甲氧基硅烷。在一些实施例中，带乙烯基的材料可以是含乙烯基的聚合物（在此也称作“含乙烯基的材料”）。当含乙烯基的单体或聚合物为酸时，凝胶可以包括该酸的盐类衍生物。例如，当所述单体为丙烯酸时，凝胶可以包括丙烯酸的钠盐或钾盐或者聚丙烯酸的钠盐或钾盐。在一些实施例中，所述含乙烯基的材料通过共价键连接至聚丙烯酸。
在一些实例中，通过结合第一聚合物材料和第二聚合物材料来制备水凝胶，其中所述第一和第二聚合物材料中的一个或多个具有一个或多个亲水集团（或子基团）。在一个实施例中，所述第二聚合物材料具有–O–(CH2)n子单元，其中n为大于或等于1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20的数。在另一实施例中，所述第二聚合物材料具有–O–(CH2CH2)m子单元，其中m为大于或等于1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20的数（见上面的描述）。所述第一和第二聚合物材料中的一个或多个可以通过氢键作用连接，所述氢键作用在所述第一和第二聚合物材料之间、在所述第一或第二聚合物材料之间，或者二者兼而有之。在一个实施例中，在所述第一或第三聚合物材料可以通过氢键作用连接。在另一实施例中，在所述第一聚合物材料可以通过氢键作用连接至另一第一聚合物材料。在另一实施例中，所述第一和第二聚合物材料中的一个或多个可以通过交联（或交联作用）连接在一起，例如离子键或共价键。在一个实施例中，所述第一聚合物材料为PAA或PAA的盐类衍生物，所述第二聚合物材料为一种聚二醇（例如PTMEG或PTMEG的盐类衍生物）。在又一实施例中，所述第一聚合物材料为PAA或PAA的盐类衍生物，所述第二聚合物材料为PTMEG或PTMEG的盐类衍生物。在又一实施例中，所述第一聚合物材料为PAA或PAA的盐类衍生物，所述第二聚合物材料为PAM或PAM的盐类衍生物。在又一实施例中，所述第一聚合物材料为一种聚二醇（例如PTMEG或PTMEG的盐类衍生物），所述第二聚合物材料为PAM或PAM的盐类衍生物。在又一实施例中，所述第一聚合物材料为PTMEG或PTMEG的盐类衍生物，所述第二聚合物材料为PAM或PAM的盐类衍生物。
在一些实例中，通过结合第一聚合物材料、第二聚合物材料和第三聚合物材料来制备水凝胶，其中所述第一、第二和第三聚合物材料中的一个或多个具有一个或多个亲水集团（或子基团）。在一个实施例中，所述第一聚合物材料可以包括PAA。所述第二聚合物材料具有–O–(CH2)n子单元，其中n为大于或等于1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20的数。在一个情形，n为大于或等于3、或者大于或等于4、或者大于或等于5的数。所述第二聚合物材料具有–O–(CH2CH2)m子单元，其中m为大于或等于1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20的数（见上面的描述）。所述第一、第二和第三聚合物材料中的两个或多个可以通过氢键作用连接。在一个实例中，所述第一和第三聚合物材料可以通过氢键作用连接。在另一实例中，所述第一和第二聚合物材料可以通过氢键作用连接。在又一实例中，所述第二和第三聚合物材料可以通过氢键作用连接。在又一实例中，所述第一、第二或第三聚合物材料中可以通过氢键作用连接至另一第一、第二或第三聚合物材料。在又一实施例中，所述第一、第二和第三聚合物材料中的一个或多个可以通过交联（或交联作用）连接在一起，例如离子键或共价键。在一个实施例中，所述第一聚合物材料为PAA或PAA的盐类衍生物，所述第二聚合物材料为一种聚二醇（例如PTMEG或PTMEG的盐类衍生物），所述第三聚合物材料为PAM或PAM的盐类衍生物。在另一实施例中，所述第一聚合物材料为PAA或PAA的盐类衍生物，所述第二聚合物材料为PTMEG或PTMEG的盐类衍生物，所述第三聚合物材料为PAM或PAM的盐类衍生物。
在一些实例中，通过结合PAA、PTMEG（或PEG）和PAM来制备水凝胶，以形成混合物（或掺合物）。在一个实例中，在制备混合物时、在形成混合物后或者在两者加热所述混合物。在另一些情形，所述混合物在约10°C至100°C、15°C至80°C或20°C至50°C制备。
在一些替代实施例中，可以使用丙烯酸加上环境友好的聚合物制备非毒性的、生物可降解的水凝胶。这种非毒性的、生物可降解的水凝胶对环境友好（在此也称作“环境友好的水凝胶”），这是因为它们减小（如果没有消除的话）有害成分的产生，从而例如减小（如果没有消除的话）有害成分的进入（或者泄漏到）水源的危险。
在一个实施例中，可以通过结合利用在此描述的方法制备的凝胶和一种环境友好的聚合物来制备水凝胶，所述环境友好的聚合物例如是一种天然的聚合物，包括可以从天然的物质提取的聚合物。天然聚合物可以包括纤维素（例如羧甲基纤维素）、明胶和黏土中的一个或多个。在另一实施例中，可以通过结合PAA、一种聚二醇（例如PTMEG）和一种或多种替代带丙烯酰胺的聚合物（例如PAM）的天然聚合物来制备水凝胶。在又一实施例中，可以通过结合PAA、一种聚二醇（例如PTMEG）、一种带丙烯酰胺的聚合物（例如PAM）和一种或多种天然聚合物来制备水凝胶，所述天然聚合物例如是纤维素或含纤维素的材料（例如羧甲基纤维素）、黏土和明胶中的一个或多个。在一个实施例中，天然聚合物可以包括纤维素或纤维素衍生物，例如羧甲基纤维素。在另一实施例中，天然聚合物可以包括黏土。在又一实施例中，天然聚合物可以包括明胶。在一些实施例中，天然聚合物可以包括任何在周围环境不分解或者设置为分解成的物质不对环境不友好或者不具有危害性（例如对动物无毒性）的物质。在一个实施例中，通过结合PAA、一种聚二醇（例如PTMEG）和一种或多种环境友好的聚合物或者所述一种或多种环境友好的聚合物的子单元（包括单体）来制备水凝胶。
在一个实施例中，通过结合PAA、PTMEG和一种纤维素（例如羧甲基纤维素）来制备水凝胶。在另一实施例中，通过结合PAA、PTMEG和明胶来制备水凝胶。在又一实施例中，通过结合PAA、PTMEG和黏土来制备水凝胶。在又一实施例中，通过结合PAA、PTMEG和纤维素（例如羧甲基纤维素）、明胶和黏土中的一个或多个来制备水凝胶。
在一些实施例中，聚二醇为一种环境友好的聚二醇，例如PTMEG。所述环境友好的聚二醇可以和例如PAA结合以制备环境友好的水凝胶。
在一些实施例中，提供的水凝胶包括PAA、一种聚二醇和聚乙烯醇（PVA）。PVA可以用于替代含丙烯酰胺的聚合物（例如PAM）。在一个实施例中，提供的水凝胶包括PAA、一种聚二醇（例如PTMEG）、PVA、黏土和纤维素（例如羧甲基纤维素）。在这些情形，如上所述，PAA可以通过氢键连接至所述聚二醇。
在一些实例中，可以通过结合PAA、一种聚二醇（例如PTMEG）和丙烯酰胺单体以形成混合物，随后加热所述混合物以形成水凝胶。在这一情形，加热所述混合物引起所述丙烯酰胺单体聚合。在其他实例中，可以通过结合PAA、一种聚二醇（例如PTMEG）和一种环境友好的聚合物或聚合物子单元（或单体）以形成混合物，随后加热所述混合物以形成水凝胶。在一些情形，加热所述混合物引起所述天然或环境友好的聚合物子单元（或单体）聚合。
凝胶和水凝胶特性
根据在此描述的方法制备的凝胶和水凝胶可以具有材料特性，例如玻璃化温度、粘度、硬度、传导性、拉伸强度，适于多种使用和应用，例如农业应用或目的。
在一个实施例中，带有PAA和一种聚二醇的凝胶或水凝胶在一定温度具有类型橡胶的质地（软橡胶或硬橡胶），所述温度在约10°C至40°C或15°C至30°C。在另一实施例中，混合PAA和PTMEG生产的凝胶或水凝胶具有不同于所述PAA和PTMEG组分的特性。在一个实例中，参考图8，如差示扫描量热谱图（DSC）所示，由PAA和PTMEG制备的凝胶呈现玻璃化温度或熔点(Tm)，74°C，这不同于PAA本身的Tm，123°C，或者PTMEG本身的Tm，13°C。在另一实施例中，由PAA和PTMEG制备的凝胶不呈现晶体结构，其可以是无定形的。
在一个实施例中，由PAA和一种聚二醇制备的凝胶或水凝胶具有一定的压缩强度，至少约100g/cm2、至少约500g/cm2、至少约1,000g/cm2、至少约2,000g/cm2、至少约3,000g/cm2、至少约4,000g/cm2、至少约5,000g/cm2、至少约6,000g/cm2、至少约7,000g/cm2、至少约8,000g/cm2、至少约9,000g/cm2、至少约10,000g/cm2、至少约15,000g/cm2、至少约20,000g/cm2、至少约40,000g/cm2、至少约100,000g/cm2或者至少约200,000g/cm2。在另一实施例中，由PAA和PTMEG制备的凝胶或水凝胶具有一定的压缩强度，至少约100g/cm2、至少约500g/cm2、至少约1,000g/cm2、至少约2,000g/cm2、至少约3,000g/cm2、至少约4,000g/cm2、至少约5,000g/cm2、至少约6,000g/cm2、至少约7,000g/cm2、至少约8,000g/cm2、至少约9,000g/cm2或者至少约10,000g/cm2。在又一实施例中，由PAA和一种聚二醇制备的凝胶或水凝胶具有在100g/cm2和9,000g/cm2之间的压缩强度。在又一实施例中，由PAA和PTMEG制备的凝胶或水凝胶具有在100g/cm2和9,000g/cm2之间的压缩强度。
在一个实施例中，由PAA和一种聚二醇制备的凝胶或水凝胶具有一定的拉伸强度，至少约100g/cm2、至少约500g/cm2、至少约1,000g/cm2、至少约2,000g/cm2、至少约3,000g/cm2、至少约4,000g/cm2、至少约5,000g/cm2、至少约6,000g/cm2、至少约7,000g/cm2、至少约8,000g/cm2、至少约9,000g/cm2、至少约10,000g/cm2、至少约15,000g/cm2、至少约20,000g/cm2、至少约40,000g/cm2、至少约100,000g/cm2或者至少约200,000g/cm2。在另一实施例中，由PAA和PTMEG制备的凝胶或水凝胶具有一定的拉伸强度，至少约100g/cm2、至少约500g/cm2、至少约1,000g/cm2、至少约2,000g/cm2、至少约3,000g/cm2、至少约4,000g/cm2、至少约5,000g/cm2、至少约6,000g/cm2、至少约7,000g/cm2、至少约8,000g/cm2、至少约9,000g/cm2、至少约10,000g/cm2。在又一实施例中，由PAA和一种聚二醇制备的凝胶和水凝胶具有一定的拉伸强度，至少约1,000g/cm2、至少约2,000g/cm2、至少约3,000g/cm2、至少约4,000g/cm2、至少约5,000g/cm2、至少约6,000g/cm2、至少约7,000g/cm2或者至少约8,000g/cm2而不疲劳破裂。拉伸强度可以基于应力应变测量。在又一实施例中，由PAA和一种聚二醇制备的凝胶或水凝胶具有在约100g/cm2和9,000g/cm2之间的拉伸强度。在又一实施例中，由PAA和PTMEG制备的凝胶或水凝胶具有在约100g/cm2和9,000g/cm2之间的拉伸强度。
过了足够长的时间，可以检测到聚合物凝胶的增强。这种老化过程会导致压力下的应力应变曲线平行于原始的应力应变曲线，但是稍高（并且随着时间增加会更高）。
具有PAA和一种聚二醇的凝胶或水凝胶可以包括在所述PAA和聚二醇之间的氢键。在一些情形，具有PAA和一种聚二醇的凝胶或水凝胶可以包括在所述PAA和聚二醇之间的共价键。在另一些情形，具有PAA和一种聚二醇的凝胶或水凝胶可以包括在所述PAA和聚二醇之间的离子键。具有PAA和一种聚二醇的凝胶或水凝胶可以包括在所述PAA和聚二醇之间的氢键、共价键和离子键中的一个或多个。
在一个实施例中，具有PAA和PTMEG的凝胶或水凝胶包括在所述PAA和PTMEG之间的氢键。在一些情形，具有PAA和PTMEG的凝胶或水凝胶包括在所述PAA和PTMEG之间的共价键。在另一些情形，具有PAA和PTMEG的凝胶或水凝胶包括在所述PAA和PTMEG之间的离子键。具有PAA和PTMEG的凝胶或水凝胶可以包括在所述PAA和PTMEG之间的氢键、共价键和离子键中的一个或多个。
在一个实施例中，具有PAA和一种聚二醇的凝胶或水凝胶可以包括在所述PAA和聚二醇之间的氢键的三维网络。在另一实施例中，具有PAA和PTMEG的凝胶或水凝胶可以包括在所述PAA和PTMEG之间的氢键的三维网络。
参考图2，根据本发明的一个实施例示出了PAA和PTMEG之间有氢键的凝胶的模型。图中标出了氧原子和氢原子。碳原子位于不平行的线（键）的交点。
在一个实施例中，提供凝胶以和水凝胶一起使用。水凝胶的吸水率（或保水容量）至少约为所述水凝胶的重量的10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%、150%、200%、250%、300%、350%、400%、450%、500%、550%、600%、650%、700%、750%、800%、850%、900%、950%、1000%或者更多。在一些情形，带有PAA和PTMEG的水凝胶的吸水率（或保水容量）至少约为所述水凝胶的重量的10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%、150%、200%、250%、300%、350%、400%、450%、500%、550%、600%、650%、700%、750%、800%、850%、900%、950%、1000%或者更多。在另一实施例中，包括PAA、PTMEG和聚丙烯酰胺（“PAM”）的水凝胶的吸水率（或保水容量）至少约为所述水凝胶的重量的10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%、150%、200%、250%、300%、350%、400%、450%、500%、550%、600%、650%、700%、750%、800%、850%、900%、950%、1000%或者更多。
在一个实施例中，水凝胶的吸水率（或保水容量）多达所述水凝胶的重量的约10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%、150%、200%、250%、300%、350%、400%、450%、500%、550%、600%、650%、700%、750%、800%、850%、900%、950%、1000%或者更多。在另一实施例中，包括PAA和PTMEG的水凝胶的吸水率（或保水容量）多达所述水凝胶的重量的约10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%、150%、200%、250%、300%、350%、400%、450%、500%、550%、600%、650%、700%、750%、800%、850%、900%、950%、1000%或者更多。在又一实施例中，包括PAA、PTMEG和聚丙烯酰胺（“PAM”）的水凝胶的吸水率（或保水容量）多达所述水凝胶的重量的约10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%、150%、200%、250%、300%、350%、400%、450%、500%、550%、600%、650%、700%、750%、800%、850%、900%、950%、1000%或者更多。
在一个实例中，提供凝胶以和水凝胶使用。在一个实施例中，提供的水凝胶的吸水率（或保水容量）多达所述水凝胶的重量的约10倍、20倍、30倍、40倍、50倍、60倍、70倍、80倍、90倍、100倍、200倍、300倍、400倍、500倍、600倍、700倍、800倍、900倍、1000倍、2000倍、3000倍、4000倍、5000倍、6000倍、7000倍、8000倍、9000倍、10,000倍、20,000倍、40,000倍、80,000倍、100,000倍或者更多。在另一实施例中，包括PAA和PTMEG的水凝胶的吸水率（或保水容量）多达所述水凝胶的重量的约10倍、20倍、30倍、40倍、50倍、60倍、70倍、80倍、90倍、100倍、200倍、300倍、400倍、500倍、600倍、700倍、800倍、900倍、1000倍、2000倍、3000倍、4000倍、5000倍、6000倍、7000倍、8000倍、9000倍、10,000倍、20,000倍、40,000倍、80,000倍、100,000倍或者更多。在又一实施例中，包括PAA、PTMEG和聚丙烯酰胺（“PAM”）的水凝胶的吸水率（或保水容量）多达所述水凝胶的重量的约10倍、20倍、30倍、40倍、50倍、60倍、70倍、80倍、90倍、100倍、200倍、300倍、400倍、500倍、600倍、700倍、800倍、900倍、1000倍、2000倍、3000倍、4000倍、5000倍、6000倍、7000倍、8000倍、9000倍、10,000倍、20,000倍、40,000倍、80,000倍、100,000倍或者更多。
在一个实例中，提供的凝胶以和水凝胶使用。在一个实施例中，提供水凝胶使得所述水凝胶在经过一定数目的吸水脱水循环后基本保持不变，所述数目至少为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、70、80、90、100或者更大（例如参见实例21）。
在一个实例中，提供的凝胶以和水凝胶使用。在一个实施例中，提供的水凝胶的吸水率（或保水容量）至少约为所述水凝胶的重量的10倍、20倍、30倍、40倍、50倍、60倍、70倍、80倍、90倍、100倍、200倍、300倍、400倍、500倍、600倍、700倍、800倍、900倍、1000倍、2000倍、3000倍、4000倍、5000倍、6000倍、7000倍、8000倍、9000倍、10,000倍、20,000倍、40,000倍、80,000倍、100,000倍或者更多。在另一实施例中，包括PAA和PTMEG的水凝胶的吸水率（或保水容量）至少约为所述水凝胶的重量的10倍、20倍、30倍、40倍、50倍、60倍、70倍、80倍、90倍、100倍、200倍、300倍、400倍、500倍、600倍、700倍、800倍、900倍、1000倍、2000倍、3000倍、4000倍、5000倍、6000倍、7000倍、8000倍、9000倍、10,000倍、20,000倍、40,000倍、80,000倍、100,000倍或者更多。在又一实施例中，包括PAA、PTMEG和聚丙烯酰胺（“PAM”）的水凝胶的吸水率（或保水容量）多达所述水凝胶的重量的约10倍、20倍、30倍、40倍、50倍、60倍、70倍、80倍、90倍、100倍、200倍、300倍、400倍、500倍、600倍、700倍、800倍、900倍、1000倍、2000倍、3000倍、4000倍、5000倍、6000倍、7000倍、8000倍、9000倍、10,000倍、20,000倍、40,000倍、80,000倍、100,000倍或者更多。
在此提供的凝胶和水凝胶可以具有各种形状，例如园形、三角形、正方形、矩形、五边形、六边形或八边形截面。在一些情形，凝胶和水凝胶可以利用模具（或模板）成型为理想形状。水凝胶的尺寸（例如直径）至少约100纳米（nm）、500nm、1微米（μm）、100μm、500μm、1mm、10mm、50mm、1cm、50cm、1m、5m、10m、100m或更大。
凝胶和水凝胶的应用
在此提供的凝胶和水凝胶可以有多种用途。在一个实施例中，根据在此描述的方法制备的凝胶或水凝胶可以用作面部复原的植入物。凝胶或水凝胶可以成型为盘，以用于这种应用。
在一些情形，根据在此描述的方法制备的凝胶或水凝胶可以用作人造皮肤。凝胶或水凝胶可以成型为薄片，以用于这种应用。这在处理伤口上是有益的。
在一些情形，根据在此描述的方法制备的凝胶或水凝胶可以用作细胞培养基质。凝胶或水凝胶可以装入营养物，以促进细胞生长。
在一些情形，根据在此描述的方法制备的凝胶或水凝胶可以用作药物传递的支撑。凝胶或水凝胶可以装入药物溶液并缓慢释放所述药物溶液。
在一些情形，根据在此描述的方法制备的凝胶或水凝胶可以用作与聚乙烯或聚苯乙烯混合的增容剂，以形成一复合物，所述复合物的拉伸和冲击强度分别大于聚乙烯或聚丙烯本身的拉伸和冲击强度。
在一些情形，根据在此描述的方法制备的凝胶或水凝胶可以用作人造土壤。所述人造土壤可以通过结合凝胶或水凝胶和营养物（例如肥料）来制备。所述人造土壤还可以包括种子，所述种子在所述人造土壤生长成植物。在一些情形，所述种子可以由水凝胶围绕。
在一些情形，根据在此描述的方法制备的凝胶可以用于制备或者作为水凝胶、储存或保持气体的凝胶、或者储存或保持流体（例如水和油）的凝胶的一个组分。在一些情形，所述水凝胶用于清理溢出的油。
在一个实施例中，在此提供的凝胶可以设置用作储存和保持水的水凝胶。在另一实施例中，在此提供的凝胶可以设置用作储存、保持或吸附气体（例如NOx,SOx,NH3）。在又一实施例中，在此提供的凝胶可以设置用作储存、保持或吸附一粘性流体（例如油）。在又一实施例中，在此提供的凝胶可以设置用作储存、保持或吸附一流体（例如溶剂）。
参考图3，示出了根据本发明一个实施例的、由PAA和PTMEG制备的凝胶。该凝胶具有如上所述的强度。该凝胶可以有流体特性，这允许该凝胶用于多种应用。例如，图3的凝胶可以用于水凝胶、医疗装置（例如植入物）和机械装置。作为另一例子，该凝胶可以用作两个或多个目标之间的电或热绝缘层。
在一些情形，该凝胶可以设置为与水凝胶使用。在另一实施例中，该凝胶可以设置为以医疗装置的方式使用。在又一实施例中，该凝胶可以设置为以肥料或杀虫剂的方式使用。
聚合物材料、凝胶和水凝胶，包括凝胶和水凝胶的组分，以及在此描述的方法可以改动或者与其他聚合物材料、凝胶、水凝胶和方法结合使用，包括使用方法和制造方法，例如Hennink等人的高级药物递送回顾，54(2002)13-36；Hoffman等人的高级药物递送回顾，43(2002)3-12；授予Protzman等人的美国专利3,137,592、授予Kumar的美国专利3,332,897、授予Wichterle的美国专利3,496,254、授予Weaver等人的美国专利3,981,100、授予Otani等人的美国专利4,134,871、授予Van Eanam的美国专利4,552,940、授予Saotome的美国专利4,783,510、授予Kindt-Larsen等人的美国专利5,039,459、授予Gross等人的美国专利5,079,354、授予Graham的美国专利5,385,983、授予Fisk的美国专利5,523,372、授予Sassi的美国专利5,883,211、授予Park的美国专利6,271,278、授予Obonai等人的美国专利6,286,254、授予Porath等人的美国专利6,339,039、授予Bentley等人的美国专利6,602,952、授予Wong等人的美国专利6,120,803、授予Obonai等人的美国专利6,615,539、授予Soerens等人的美国专利6,822,135、授予Doane等人的美国专利7,459,501和授予Savich等人的美国专利7,591,974；Bentley等人的PCT/US00/40163，它们在此引作参考。
例如，在此描述的方法和组合物可以以隐形眼镜的形式使用，或者与隐形眼镜一起使用，例如如美国专利3,496,254所描述。在另一实施例中，乙二醇和聚乙二醇可以用作制备凝胶的起始物料。在又一实施例中，乙二醇单甲基丙烯酸甲酯和相应的双甲基丙烯酸甲酯可以以凝胶的实施例使用，以形成各种材料，例如隐形眼镜。作为另一实例，聚乙二醇交联至壳聚糖可以用作在此提供的凝胶和水凝胶。作为又一实例，丙烯酰胺和聚乙二醇的聚合物可以用作在此提供的凝胶和水凝胶。作为又一实例，本发明的实施例的凝胶可以使用带有氢键的聚丙烯酰胺主链，以形成电泳用可逆性示温水凝胶。作为又一实例，亲水性单体，例如羟烷基甲基丙烯酸酯和二羟醇（例如1,4-丁二醇），可以用于本发明的实施例的凝胶，以用于各种应用，例如隐形眼镜。作为又一实例，PAA可以和聚乙二醇（“PEG”）在水中在不同程度的中和状态、分子量和浓度结合，以形成各种材料。PAA和PEG的比例可以调节，以形成具有理想材料特性的凝胶，例如粘度、强度和传导性。另外，PAA和PEG的比例可以选择，以减小（如果没有消除的话)生成凝胶时副产物的形成。
土壤和种子
在一些实施例中，提供一块土壤，包括土壤和土壤中的水凝胶。提供的水凝胶可以具有在此描述的组合物。在一个实例中，水凝胶包括带有聚丙烯酸的第一聚合物材料和带有一种聚二醇的第二聚合物材料。在一些实施例中，所述聚二醇为环境友好的聚二醇。在一些情形，所述聚二醇为PTMEG。
在一些实施例中，所述第一聚合物材料为基本上均聚物。在一些实施例中，所述第二聚合物材料为基本上均聚物。所述第一聚合物材料可以通过氢键连接至所述第二聚合物材料。
在一些实施例中，提供一种在干旱环境生长的种子。所述种子提供在一系统中，所述系统包括带有在此描述的凝胶或水凝胶的种子容器。所述种子放置在所述种子容器中。例如，所述种子容器可以由一第一聚合物材料和一第二聚合物材料形成，所述第一聚合物材料带有聚丙烯酸，所述第二聚合物材料带有聚二醇。在一些情形，所述聚二醇为一种环境友好的聚二醇。在一些情形，所述环境友好聚二醇为PTMEG。在一些实施例中，所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料通过氢键彼此连接。在一些情形，所述第一聚合物材料为基本上均聚物和/或所述第二聚合物材料为基本上均聚物。在一些情形，所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料还和一包括乙烯基的材料结合。
在一些实施例中，在包括水凝胶的种子容器内的种子生长出一种植物，所述植物与不在种子容器的种子相比包括更高的质量的叶子。在一些实例中，在包括水凝胶的种子容器内的种子生长出一种植物，所述植物与不在种子容器的种子相比包括更高的质量的根。在一些实例中，在包括水凝胶的种子容器内生长的种子所生成的植物的根的质量为不在包括水凝胶的种子容器内生长的种子所生成的植物的根的质量至少约二倍、三倍、五倍、六倍、八倍、十倍或更多。在一些情形，在包括水凝胶的种子容器内生长的种子所生成的植物的叶子的质量为不在包括水凝胶的种子容器内生长的种子所生成的植物的叶子的质量至少约二倍、三倍、五倍、六倍、八倍、十倍或更多。
水凝胶可以放置在一块土壤里。所述块可以为各种形状和大小，例如圆形、三角形、正方形或矩形。所述块的大小至少为0.1ft2（平方英尺）、1ft2、2ft2、3ft2、4ft2、5ft2、25ft2、50ft2、100ft2、5000ft2、1,000ft2、10,000ft2或更多。
实例1
通过在无溶剂和室温下混合11.5g（克）PAA(Mw约400,000g/mol)和37.0g PTMEG(Mw约650g/mol)并搅拌所述固体约小时来制备凝胶。PAA和PTMEG获自Aldrich化学品公司。凝胶的傅里叶变换红外（在此也称作“FTIR”和“IR”）色谱显示凝胶中存在氢键。另外，所述IR色谱由于凝胶的老化性能随着时间有变化。所述凝胶对有机溶剂（例如丙酮）、强碱（例如NaOH）和强酸（例如H2SO4）的侵蚀（即腐蚀、分解）有抵抗性；在暴露在有机溶剂、强碱和强酸下（在酸和碱中分别的实验和连续暴露在酸和碱中的实验），所述凝胶保持其特性（例如粘度、强度）。
图4示出了由PAA和PTMEG制备的聚丙烯酸（PAA，上）样品和凝胶（下）的傅里叶变换红外（FTIR）色谱。图5示出了PTMEG样品（上）和由PAA PTMEG制备的和凝胶（下）的FTIR色谱。所述三维聚合物凝胶的IR特征显示PAA和PTMEG之间有氢键。FTIR色谱中的OH特征在形成凝胶后消弱，显示有氢键作用。图8显示PTMEG（图8a）和PAA-PTMEG三维聚合物凝胶（图8b）的差示扫描量热（DSC）曲线。
实例2
通过在温度约25°C下混合15.0g PAA粉末(Mw约400,000g/mol)和15.0g PTMEG(Mw约650g/mol)来制备凝胶。PAA和PTMEG获自Aldrich化学品公司。混合持续直至形成均匀的橡胶状、接近透明的固体。这种凝胶材料的形状可以通过使用模具或模板选择为理想形状（见图1）。
实例3
通过在正常的亲水性单体结合条件（即借助催化剂。交联剂和加热）下结合PAA和PTMEG聚合物来制备亲水性凝胶。
通过在此描述的条件下制备水凝胶。11.2g聚丙烯酸(Mw约400,000g/mol)、50g PTMEG和200g土豆淀粉分散在2000ml（毫升）水中。在搅拌下，将167g丙烯酸、100g丙烯酰胺、3g N,N’-亚甲基双丙烯酰胺和6g过硫酸钾加入上述溶液。所述搅拌持续约20分钟，加入1ml四甲基乙二胺。随后将所述反应器加热至60°C直至形成水凝胶。水洗所形成的水凝胶并切成1–1.5cm3大的部分。干燥的水凝胶的吸水率约400克水/克水凝胶。
图6示出了水凝胶的压缩实验，其中y-轴的单元为克（g）。图7示出了在室温下包含在水凝胶中的水的蒸发速率与独立的（或自由的）水的蒸发速率的比较。这表征所述水凝胶的保水容量。
实例4
5g聚丙烯酸(Mw约400,000g/mol)、22.3g PTMEG和200g土豆淀粉分散在2000ml水中。在搅拌下，将200g丙烯酸、80g丙烯酰胺、1gN,N’-亚甲基双丙烯酰胺和6g过硫酸钾加入上述溶液。所述搅拌持续约20分钟，加入1ml四甲基乙二胺。随后将所述反应器加热至60°C直至形成水凝胶。水洗所形成的水凝胶并切成1–1.5cm3大的部分。干燥的凝胶的吸水率约400克水/克水凝胶。
实例5
通过在水中结合PAA、PTMEG、丙烯酰胺(AAm)和交联剂来制备水凝胶。所述交联剂可以是二（乙二醇）二乙烯基醚、二（乙基乙二醇）双丙烯酸酯和N,N’-亚甲基双丙烯酰胺。所述水凝胶借助以下材料制备：
NaOH(水性)(7.380g NaOH溶于200ml水)、丙烯酰胺(AAm)和交联剂。聚合在60°C进行3–4小时。测试凝胶的强度，见下表：
Figure BDA00003460168100331
实例6
通过在水中结合PAA、PTMEG（或PEG）、丙烯酰胺(AAm)和交联剂来制备水凝胶。测试所述水凝胶的强度。下表示出了使用PTMEG或PEG制备的水凝胶的强度：
Figure BDA00003460168100341
实例7
通过在水中结合PAA、PTMEG、丙烯酰胺和交联剂来制备水凝胶。依PAA用量的不同测试所述水凝胶的强度。下表示出了形成水凝胶的PAA用量的不同时水凝胶强度的变化：
Figure BDA00003460168100351
实例8
如下表所示，通过混合纤维素和聚丙烯酰胺水凝胶来制备水凝胶-纤维素混合物。没有使用PAA或PTMEG。下表示出这样形成的各种水凝胶-纤维素混合物（“HPMC”为羟丙基甲基纤维素；“HPC”为羟丙基纤维素；“MC”为甲基纤维素）：
Figure BDA00003460168100361
实例9
如下表所示，在水中存在丙烯酰胺和交联剂条件下通过混合纤维素和PAA-PTMEG水凝胶来制备水凝胶-纤维素混合物。下表示出这样形成的各种水凝胶-纤维素混合物：
实例10
如下表所示的材料量来制备聚丙烯酰胺凝胶：
实例11
将15g羧甲基纤维素溶入2000mL水中，随后在搅拌下加入5L容量的反应器。持续搅拌该溶液并加入5g过硫酸钾、200g丙烯酸、1g二甲基丙烯酸乙烯酯和11g聚（丙烯酸）(Mw约650g/mol)。将反应器加热至约60°C，加入22g PTMEG（聚四亚甲基醚二醇，Mw约400,000g/mol）到反应器。搅拌该混合物约另一小时，直至聚合完成。从反应器移除上述制备的水凝胶并切成约1–1.5cm3大的小块。测试吸水性。
实例12
将15g明胶溶入2000mL水中，随后在搅拌下加入5L容量的反应器。持续搅拌该溶液并加入5g过硫酸钾、200g丙烯酸、0.5g二甲基丙烯酸乙烯酯和10g聚（丙烯酸）(Mw约400,000g/mol)。将反应器加热至约60°C，加入22g PTMEG（聚四亚甲基醚二醇，Mw约650g/mol）到反应器。搅拌该混合物约另一小时，直至聚合完成。从反应器移除上述制备的水凝胶并切成约1–1.5cm3大的小块。测试吸水性。
实例13
按照上述实例12的方法制备水凝胶，但是用聚乙烯醇（PVA）替代明胶。
实例14
按照上述实例12的方法制备水凝胶，但是用PVA、黏土和羧甲基纤维素替代明胶。
实例15
将200g丙烯酸溶入300g水（溶液A）。随后在冷却条件下，加入5g氢氧化钾到溶液A。混合物装入2L圆底烧瓶中，该圆底烧瓶带有机械搅拌器、温度控制器和加热罩。随后，加入0.3g N,N’-亚甲基双(丙烯酰胺)和1.5g过硫酸钾。在搅拌下在22L圆底烧瓶中加入10g聚丙烯酸和20g PTMEG。聚合在约65°C进行约两小时。
实例16
将3kg丙烯酸溶入4.5L水（溶液A）。随后加入1620g氢氧化钾到4.5L冷水（溶液B）。在搅拌下混合溶液A和溶液B。混合物装入的22L圆底烧瓶中，该圆底烧瓶带有机械搅拌器、温度控制器和加热罩。随后，加入9.0g N,N’-亚甲基双(丙烯酰胺)和45g过硫酸钾。在搅拌下在所述22L圆底烧瓶中加入30g聚丙烯酸和60g PTMEG。聚合在约50-55°C进行约三小时。用粉碎机切割大块的水凝胶，随后在70°C干燥。其对自来水的吸水容量为其干燥重量的200–250倍。
实例17
与实例16相同，但是仅使用1167g氢氧化钾来制备水凝胶。
实例18
将3kg丙烯酸溶入4.5L水（溶液A）。随后加入1.16kg的牌的植物生长剂24-8-16到4.5L冷水（溶液B）。在搅拌下混合溶液A和溶液B。混合物装入的22L圆底烧瓶中，该圆底烧瓶带有机械搅拌器、温度控制器和加热罩。随后，加入9.0g N,N’-亚甲基双(丙烯酰胺)和45g过硫酸钾。在搅拌下在所述22L圆底烧瓶中加入30g聚丙烯酸和60g PTMEG。聚合在约50-55°C进行约三小时。用粉碎机切割大块产品。
实例19
将3kg丙烯酸溶入4.5L水（溶液A）。随后溶入1167g氢氧化钾和973.7g30%的水性氢氧化铵到4.5L冷水（溶液B）。在搅拌下混合溶液A和溶液B。混合物装入的22L圆底烧瓶中，该圆底烧瓶带有机械搅拌器、温度控制器和加热罩。随后，加入9.0g N,N’-亚甲基双(丙烯酰胺)和45g过硫酸钾。在搅拌下在所述22L圆底烧瓶中加入30g聚丙烯酸和60g PTMG。聚合在约50-55°C进行约三小时以形成水凝胶。
实例20
在搅拌下将如实例1所述制备的固体凝胶和固体聚乙烯混合约12小时。随后获取所得材料的差示扫描量热(DSC)曲线。所述DSC曲线如图9所示。所述曲线示出PAA-PTMEG聚合物材料凝胶与聚乙烯聚合物的混合物的Tm，其不同于聚乙烯本身的Tm。
实例21
进行水凝胶的吸水脱水循环。在烧杯进行所述吸水脱水循环。所述烧杯的重量为51.00g。0.29g的干燥的PAA-PTMEG水凝胶用于该项测试。每次吸水测试，将80ml的水加入该烧杯，在室温下水完全吸入所述水凝胶约5小时。随后移除未吸附的水。然后，记录烧杯和吸水的水凝胶的重量。脱水温度保持在约80°C过夜，记录干燥的水凝胶和烧杯的重量。这种吸水脱水连续重复18天。该项研究的结果见下表，在经过多次吸水脱水循环后，水凝胶的重量变化不大。
Figure BDA00003460168100401
实例22
进行温室帐篷测试。盆栽土与不同量的干燥的PAA-PTMEG水凝胶（0.84g为低浓度，2.4g为高浓度）混合。土壤放入水中过夜，使得土壤和干燥的水凝胶被水饱和。随后，对盆排水并放置5粒生菜种子在土壤表面。再将一薄层盆栽土倒在所述种子上。盆放在温室帐篷中，每隔一天浇100ml水。对比试验盆包括300g土壤而不包括水凝胶。第一温室帐篷的测试温度和湿度分别为78.9°F和46%；第二温室帐篷的测试温度和湿度分别为86.7°F和36%。播种32天后，记录植物的生物量，见下表。结果显示，盆内使用水凝胶的植物具有明显高的生物量（根据根和叶的生物量测试）。
第一温室帐篷（温度：78.9°F；湿度：46%）
盆 叶的生物量(g) 根的生物量(g)
对比实验 3.70(100%) 1.32(100%)
0.84g水凝胶 7.19(194%) 2.44(185%)
2.40g水凝胶 3.92(106%) 1.89(143%)
第二温室帐篷（温度：86.7°F；湿度：36%）
盆 叶的生物量(g) 根的生物量(g)
对比实验 0.94(100%) 0.48(100%)
0.84g水凝胶 2.41(256%) 1.84(383%)
2.40g水凝胶 2.74(291%) 1.85(385%)
尽管在此示出和描述了本发明的优选实施例，本领域技术人员显然可以理解这些实施例仅仅是示例性的。本领域技术人员可以进行多种变动、变化和替代而不背离本发明。应当理解，在此描述的本发明的实施例的各种替代方案可以实施本发明。本发明意在后附的权利要求限定的本发明的范围和这些权利要求及其等同的范围所涵盖的方法和结构。

Claims (159)

1.一种水凝胶，包括：
带有聚丙烯酸的第一聚合物材料；
带有除聚乙二醇外的聚二醇的第二聚合物材料；和
一种或多种带有乙烯基的物品。
2.根据权利要求1的水凝胶，其特征在于，所述第一聚合物材料基本上为均聚物。
3.根据权利要求1的水凝胶，其特征在于，所述第二聚合物材料基本上为均聚物。
4.根据权利要求1的水凝胶，其特征在于，所述第一聚合物材料通过氢键连接到所述第二聚合物材料。
5.根据权利要求1的水凝胶，其特征在于，所述聚二醇为聚四亚甲基醚二醇。
6.根据权利要求1的水凝胶，其特征在于，所述一种或多种带有乙烯基的物品中的至少一个为丙烯酰胺。
7.根据权利要求1的水凝胶，其特征在于，所述一种或多种带有乙烯基的物品中的至少一个选择由丙烯酸、甲基丙烯酸、乙烯醇、醋酸乙烯酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸乙烯酯、乙烯基苯甲酸、乙烯基苯甲醇、乙烯基硼酸二丁酯、乙烯基甲酰胺、甲基丙烯酸乙烯酯、乙烯基吡啶、1-乙烯基-2-吡咯烷酮、乙烯基磺酸和乙烯基三甲氧基硅烷组成的组。
8.根据权利要求1的水凝胶，其特征在于，所述一种或多种带有乙烯基的物品中的至少一个基本上是聚合物。
9.根据权利要求1的水凝胶，其特征在于，所述水凝胶还包括一交联剂。
10.根据权利要求9的水凝胶，其特征在于，所述交联剂选自由为二（乙二醇基）二乙烯基醚、二（乙基乙二醇）二丙烯酸酯或N,N’-亚甲基双丙烯酰胺组成的组。
11.根据权利要求1的水凝胶，其特征在于，所述一种或多种带有乙烯基的物品中的至少一个通过共价键连接到所述第一聚合物材料。
12.根据权利要求1的水凝胶，其特征在于，所述水凝胶在一个吸水-脱水循环后基本上不变。
13.根据权利要求1的水凝胶，其特征在于，所述水凝胶在两个吸水-脱水循环后基本上不变。
14.根据权利要求1的水凝胶，其特征在于，所述水凝胶在50个吸水-脱水循环后基本上不变。
15.根据权利要求1的水凝胶，其特征在于，所述水凝胶的保水容量至少约为所述水凝胶的重量的10倍。
16.根据权利要求1的水凝胶，其特征在于，所述水凝胶的保水容量至少约为所述水凝胶的重量的50倍。
17.根据权利要求1的水凝胶，其特征在于，所述水凝胶的保水容量至少约为所述水凝胶的重量的10%。
18.根据权利要求1的水凝胶，其特征在于，所述水凝胶的保水容量至少约为所述水凝胶的重量的20%。
19.根据权利要求1的水凝胶，其特征在于，所述水凝胶的保水容量至少约为所述水凝胶的重量的100%。
20.根据权利要求1的水凝胶，其特征在于，所述水凝胶的保水容量至少约为所述水凝胶的重量的1000%。
21.根据权利要求1的水凝胶，其特征在于，所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料的重量之比约为1:3。
22.根据权利要求1的水凝胶，其特征在于，所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料的重量之比约为1:6。
23.根据权利要求1的水凝胶，其特征在于，所述聚丙烯酸来自回收利用的聚丙烯酸。
24.根据权利要求1的水凝胶，其特征在于，所述水凝胶还包括纤维素、明胶和黏土中的一个或多个。
25.根据权利要求24的水凝胶，其特征在于，所述纤维素包括羧甲基纤维素。
26.根据权利要求1的水凝胶，其特征在于，所述水凝胶的拉伸强度为约1000g/cm2至约4000g/cm2。
27.根据权利要求26的水凝胶，其特征在于，所述水凝胶的拉伸强度为约2000g/cm2至约3000g/cm2。
28.根据权利要求1的水凝胶，其特征在于，所述水凝胶的冲击强度为约1000g/cm2至约4000g/cm2。
29.根据权利要求28的水凝胶，其特征在于，所述水凝胶的冲击强度为约2000g/cm2至约3000g/cm2。
30.根据权利要求1的水凝胶，其特征在于，所述水凝胶还包括肥料。
31.根据权利要求1的水凝胶，其特征在于，所述水凝胶还包括硅土。
32.根据权利要求1的水凝胶，其特征在于，所述水凝胶还包括聚乙烯。
33.根据权利要求1的水凝胶，其特征在于，所述水凝胶还包括聚苯乙烯。
34.根据权利要求1的水凝胶，其特征在于，所述第一聚合物材料的分子量Mw(g/mol)（克/摩尔）为约250,000至1,000,000。
35.根据权利要求34的水凝胶，其特征在于，所述第一聚合物材料的分子量Mw(g/mol)（克/摩尔）为约400,000至600,000。
36.根据权利要求1的水凝胶，其特征在于，所述第二聚合物材料的分子量Mw(g/mol)（克/摩尔）为约650至2,000。
37.根据权利要求36的水凝胶，其特征在于，所述第二聚合物材料的分子量Mw(g/mol)（克/摩尔）为约500至1000。
38.一种制备水凝胶的方法，该方法包括：
在一反应容器提供一带有聚丙烯酸的第一聚合物材料、带有除聚乙二醇外的聚二醇的第二聚合物材料和一种或多种带有乙烯基的物品，以形成所述第一聚合物材料、所述第二聚合物材料和所述一种或多种带有乙烯基的物品的混合物；
混合所述混合物。
39.根据权利要求38的方法，其特征在于，所述第一聚合物材料基本上为均聚物。
40.根据权利要求38的方法，其特征在于，所述第二聚合物材料基本上为均聚物。
41.根据权利要求38的方法，其特征在于，所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料的重量之比为1:3。
42.根据权利要求38的方法，其特征在于，所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料的重量之比为1:6。
43.根据权利要求38的方法，其特征在于，还包括对所述混合物加热。
44.根据权利要求38的方法，其特征在于，所述第一聚合物材料、所述第二聚合物材料和所述至少一种带有乙烯基的物品在约15℃至30℃之间混合。
45.根据权利要求38的方法，其特征在于，所述至少一种带有乙烯基的物品选自由丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸、乙烯醇、醋酸乙烯酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸乙烯酯、乙烯基苯甲酸、乙烯基苯甲醇、乙烯基硼酸二丁酯、乙烯基甲酰胺、甲基丙烯酸乙烯酯、乙烯基吡啶、1-乙烯基-2-吡咯烷酮、乙烯基磺酸和乙烯基三甲氧基硅烷组成的组。
46.根据权利要求38的方法，其特征在于，所述聚丙烯酸来自回收利用的聚丙烯酸。
47.一种凝胶，包括：
带有聚丙烯酸的第一聚合物材料；和
带有除聚乙二醇外的聚二醇的第二聚合物材料；
其中所述第一聚合物材料通过氢键连接到所述第二聚合物材料。
48.根据权利要求47的凝胶，其特征在于，所述聚二醇为聚四亚甲基醚二醇。
49.根据权利要求47的凝胶，其特征在于，所述第一聚合物材料基本上为均聚物。
50.根据权利要求47的凝胶，其特征在于，所述第二聚合物材料基本上为均聚物。
51.根据权利要求47的凝胶，其特征在于，所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料的重量之比约为1:3。
52.根据权利要求47的凝胶，其特征在于，所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料的重量之比约为1:6。
53.根据权利要求47的凝胶，其特征在于，所述第一聚合物材料的分子量Mw(g/mol)为约250,000至1,000,000。
54.根据权利要求53的凝胶，其特征在于，所述第一聚合物材料的分子量Mw(g/mol)为约400,000至600,000。
55.根据权利要求47的凝胶，其特征在于，所述第二聚合物材料的分子量Mw(g/mol)为约650至2,000。
56.根据权利要求55的凝胶，其特征在于，所述第二聚合物材料的分子量Mw(g/mol)为约500至1000。
57.一种水凝胶，其包括根据权利要求47的凝胶。
58.根据权利要求57的水凝胶，其特征在于，所述水凝胶的保水容量至少约为所述水凝胶的重量的10倍。
59.根据权利要求57的水凝胶，其特征在于，所述水凝胶的保水容量至少约为所述水凝胶的重量的50倍。
60.根据权利要求57的水凝胶，其特征在于，所述水凝胶的保水容量至少约为所述水凝胶的重量的10%。
61.根据权利要求57的水凝胶，其特征在于，所述水凝胶的保水容量至少约为所述水凝胶的重量的20%。
62.根据权利要求57的水凝胶，其特征在于，所述水凝胶的保水容量至少约为所述水凝胶的重量的100%。
63.根据权利要求57的水凝胶，其特征在于，所述水凝胶的保水容量至少约为所述水凝胶的重量的1000%。
64.根据权利要求57的水凝胶，其特征在于，所述水凝胶在一个吸水-脱水循环后基本上不变。
65.根据权利要求57的水凝胶，其特征在于，所述水凝胶在两个吸水-脱水循环后基本上不变。
66.根据权利要求57的水凝胶，其特征在于，所述水凝胶在50个吸水-脱水循环后基本上不变。
67.根据权利要求57的水凝胶，其特征在于，所述水凝胶还包括肥料。
68.根据权利要求57的水凝胶，其特征在于，所述水凝胶还包括硅土。
69.根据权利要求57的水凝胶，其特征在于，所述水凝胶还包括聚乙烯。
70.根据权利要求57的水凝胶，其特征在于，所述水凝胶还包括聚苯乙烯。
71.根据权利要求57的水凝胶，其特征在于，所述水凝胶还包括纤维素、明胶和/或黏土中的一种或多种。
72.根据权利要求71的水凝胶，其特征在于，所述纤维素包括羧甲基纤维素。
73.根据权利要求57的水凝胶，其特征在于，所述聚丙烯酸来自回收利用的聚丙烯酸。
74.根据权利要求57的水凝胶，其特征在于，所述水凝胶的拉伸强度为约1000g/cm2至约4000g/cm2。
75.根据权利要求74的水凝胶，其特征在于，所述水凝胶的拉伸强度为约2000g/cm2至约3000g/cm2。
76.根据权利要求57的水凝胶，其特征在于，所述水凝胶的冲击强度为约1000g/cm2至约4000g/cm2。
77.根据权利要求76的水凝胶，其特征在于，所述水凝胶的冲击强度为约2000g/cm2至约3000g/cm2。
78.一种农业耕作方法，该方法包括：
在一块土壤里提供一水凝胶，所述水凝胶包括一通过氢键连接至一第二聚合物材料的一第一聚合物材料；
其中所述第一聚合物材料包括聚丙烯酸，所述第二聚合物材料包括除聚乙二醇外的聚二醇。
79.根据权利要求78的方法，其特征在于，所述第二聚合物材料基本上为聚四亚甲基醚二醇。
80.根据权利要求78的方法，其特征在于，所述第一聚合物材料基本上为均聚物。
81.根据权利要求78的方法，其特征在于，所述第二聚合物材料基本上为均聚物。
82.根据权利要求78的方法，其特征在于，所述水凝胶在一个吸水-脱水循环后基本上不变。
83.根据权利要求78的方法，其特征在于，所述水凝胶在两个吸水-脱水循环后基本上不变。
84.根据权利要求78的方法，其特征在于，所述水凝胶在50个吸水-脱水循环后基本上不变。
85.根据权利要求78的方法，其特征在于，所述水凝胶的保水容量至少约为所述水凝胶的重量的10倍。
86.根据权利要求78的方法，其特征在于，所述水凝胶的保水容量至少约为所述水凝胶的重量的50倍。
87.根据权利要求78的方法，其特征在于，所述水凝胶的保水容量至少约为所述水凝胶的重量的10%。
88.根据权利要求78的方法，其特征在于，所述水凝胶的保水容量至少约为所述水凝胶的重量的20%。
89.根据权利要求78的方法，其特征在于，所述水凝胶的保水容量至少约为所述水凝胶的重量的100%。
90.根据权利要求78的方法，其特征在于，所述水凝胶的保水容量至少约为所述水凝胶的重量的1000%。
91.根据权利要求78的方法，其特征在于，所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料的重量之比约为1:3。
92.根据权利要求78的方法，其特征在于，所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料的重量之比约为1:6。
93.根据权利要求78的方法，其特征在于，所述水凝胶还包括一交联剂。
94.根据权利要求78的方法，其特征在于，所述水凝胶的制备无须催化剂。
95.根据权利要求78的方法，其特征在于，所述第一聚合物材料的分子量Mw(g/mol)为约250,000至1,000,000。
96.根据权利要求95的方法，其特征在于，所述第一聚合物材料的分子量Mw(g/mol)为约400,000至600,000。
97.根据权利要求78的方法，其特征在于，所述第二聚合物材料的分子量Mw(g/mol)为约500至2,000。
98.根据权利要求78的方法，其特征在于，所述第二聚合物材料的分子量Mw(g/mol)为约650至1,000。
99.根据权利要求78的方法，其特征在于，所述聚丙烯酸来自回收利用的聚丙烯酸。
100.一种设置为在干旱环境中种植种子的系统，该系统包括：
一种子容器，所述种子容器由带有聚丙烯酸的、以氢键连接至一带有聚二醇的第二聚合物材料的第一聚合物材料制成；和
在所述种子容器内的种子。
101.根据权利要求100的系统，其特征在于，所述聚二醇为聚四亚甲基醚二醇。
102.根据权利要求100的系统，其特征在于，第一聚合物材料基本上为均聚物。
103.根据权利要求100的系统，其特征在于，第二聚合物材料基本上为均聚物。
104.根据权利要求100的系统，其特征在于，所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料的重量之比约为1:3。
105.根据权利要求100的系统，其特征在于，所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料的重量之比约为1:6。
106.根据权利要求100的系统，其特征在于，所述第一聚合物材料的分子量Mw(g/mol)为约250,000至1,000,000。
107.根据权利要求106的系统，其特征在于，所述第一聚合物材料的分子量Mw(g/mol)为约400,000至600,000。
108.根据权利要求100的系统，其特征在于，所述第二聚合物材料的分子量Mw(g/mol)为约500至2,000。
109.根据权利要求108的系统，其特征在于，所述第二聚合物材料的分子量Mw(g/mol)为约650至1,000。
110.一种种植植物的方法，包括一块土壤内提供根据权利要求100的系统。
111.根据权利要求110的方法，其特征在于，所述系统生长的植物包括一叶部，所述叶部与没有种子容器的种子生长的叶部相比质量至少为二倍。
112.根据权利要求110的方法，其特征在于，所述系统生长的植物包括一叶部，所述叶部与没有种子容器的种子生长的叶部相比质量至少为三倍。
113.根据权利要求110的方法，其特征在于，所述系统生长的植物包括一叶部，所述叶部与没有种子容器的种子生长的叶部相比质量至少为五倍。
114.根据权利要求110的方法，其特征在于，所述系统生长的植物包括一叶部，所述叶部与没有种子容器的种子生长的叶部相比质量至少为十倍。
115.根据权利要求110的方法，其特征在于，所述系统生长的植物包括一根部，所述根部与没有种子容器的种子生长的根部相比质量至少为二倍。
116.根据权利要求110的方法，其特征在于，所述系统生长的植物包括一根部，所述根部与没有种子容器的种子生长的根部相比质量至少为三倍。
117.根据权利要求110的方法，其特征在于，所述系统生长的植物包括一根部，所述根部与没有种子容器的种子生长的根部相比质量至少为五倍。
118.根据权利要求110的方法，其特征在于，所述系统生长的植物包括一根部，所述根部与没有种子容器的种子生长的根部相比质量至少为十倍。
119.一块土壤，该土壤包括：
土壤；和
所述土壤内的水凝胶，所述水凝胶由带有聚丙烯酸的、以氢键连接至一带有聚二醇的第二聚合物材料的第一聚合物材料制成。
120.根据权利要求119的土壤，其特征在于，所述聚二醇为聚四亚甲基醚二醇。
121.根据权利要求119的土壤，其特征在于，所述第一聚合物材料基本上为均聚物。
122.根据权利要求119的土壤，其特征在于，所述第二聚合物材料基本上为均聚物。
123.根据权利要求119的土壤，其特征在于，所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料的重量之比约为1:3。
124.根据权利要求119的土壤，其特征在于，所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料的重量之比约为1:6。
125.根据权利要求119的土壤，其特征在于，所述第一聚合物材料的分子量Mw为约250,000至约1,000,000。
126.根据权利要求125的土壤，其特征在于，所述第一聚合物材料的分子量Mw为约400,000至约600,000。
127.根据权利要求125的土壤，其特征在于，所述第二聚合物材料的分子量Mw为约500至约2,000。
128.根据权利要求127的土壤，其特征在于，所述第二聚合物材料的分子量Mw为约650至约1,000。
129.根据权利要求119的土壤，其特征在于，所述水凝胶在一个吸水-脱水循环后基本上不变。
130.根据权利要求119的土壤，其特征在于，所述水凝胶在两个吸水-脱水循环后基本上不变。
131.根据权利要求119的土壤，其特征在于，所述水凝胶在50个吸水-脱水循环后基本上不变。
132.根据权利要求119的土壤，其特征在于，所述水凝胶的保水容量至少约为所述水凝胶的重量的10倍。
133.根据权利要求119的土壤，其特征在于，所述水凝胶的保水容量至少约为所述水凝胶的重量的50倍。
134.根据权利要求119的土壤，其特征在于，所述水凝胶的保水容量至少约为所述水凝胶的10%。
135.根据权利要求119的土壤，其特征在于，所述水凝胶的保水容量至少约为所述水凝胶的20%。
136.根据权利要求119的土壤，其特征在于，所述水凝胶的保水容量至少约为所述水凝胶的100%。
137.根据权利要求119的土壤，其特征在于，所述水凝胶的保水容量至少约为所述水凝胶的1000%。
138.根据权利要求119的土壤，其特征在于，所述水凝胶还包括带乙烯基的物品。
139.根据权利要求138的土壤，其特征在于，所述带有乙烯基的物品选自由丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸、乙烯醇、醋酸乙烯酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸乙烯酯、乙烯基苯甲酸、乙烯基苯甲醇、乙烯基硼酸二丁酯、乙烯基甲酰胺、甲基丙烯酸乙烯酯、乙烯基吡啶、1-乙烯基-2-吡咯烷酮、乙烯基磺酸和乙烯基三甲氧基硅烷组成的组。
140.根据权利要求138的土壤，其特征在于，所述带有乙烯基的物品为聚合物。
141.根据权利要求138的土壤，其特征在于，所述带有乙烯基的物品通过共价键连接至所述第一聚合物材料。
142.根据权利要求138的土壤，其特征在于，所述聚丙烯酸来自回收利用的聚丙烯酸。
143.一种凝胶，所述凝胶包括聚丙烯酸和除聚乙二醇外的聚二醇，其中所述聚丙烯酸通过氢键连接至所述聚二醇。
144.根据权利要求143的凝胶，其特征在于，所述所述聚二醇为聚四甲基醚二醇。
145.根据权利要求143的凝胶，其特征在于，所述第一聚合物材料基本上为均聚物。
146.根据权利要求143的凝胶，其特征在于，所述第二聚合物材料基本上为均聚物。
147.根据权利要求143的凝胶，其特征在于，所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料的重量之比约为1:3。
148.根据权利要求143的凝胶，其特征在于，所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料的重量之比约为1:6。
149.根据权利要求143的凝胶，其特征在于，所述第一聚合物材料的分子量Mw(g/mol)为约250,000至1,000,000。
150.根据权利要求149的凝胶，其特征在于，所述第一聚合物材料的分子量Mw(g/mol)为约400,000至600,000。
151.根据权利要求143的凝胶，其特征在于，所述第二聚合物材料的分子量Mw(g/mol)为约650至2,000。
152.根据权利要求143的凝胶，其特征在于，所述第二聚合物材料的分子量Mw(g/mol)为约500至1,000。
153.一种水凝胶，其包括根据权利要求143的凝胶。
154.一种环境友好的水凝胶，所述水凝胶包括：
带有聚丙烯酸第一聚合物材料；
一带有聚二醇的第二聚合物材料，所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料之间有氢键作用；和
一种或多种环境友好的聚合物。
155.一种制备环境友好的水凝胶的方法，包括：
在一反应容器提供带有聚丙烯酸的第一聚合物材料、带有聚二醇的第二聚合物材料和一种或多种环境友好的聚合物，以形成混合物；
混合所述混合物。
156.一种环境友好的水凝胶，所述水凝胶包括聚丙烯酸均聚物，所述均聚物氢键连接至另一带有环境友好的聚二醇的均聚物。
157.一种制备环境友好的水凝胶的方法，该方法包括：
混合一聚丙烯酸均聚物和另一带有环境友好的聚二醇的均聚物；
所述聚丙烯酸均聚物与所述另一均聚物之间形成氢键作用。
158.一种环境友好的水凝胶，所述水凝胶包括带聚丙烯酸的一第一聚合物材料，所述第一聚合物材料通过氢键连接至一带有环境友好的聚二醇的第二聚合物材料。
159.提供一种制备环境友好的水凝胶的方法，该方法包括：
混合带有聚丙烯酸的第一聚合物材料和一带有环境友好的聚二醇的第二聚合物材料，以形成一混合物；
混合后所述聚丙烯酸与所述环境友好的聚二醇之间形成氢键作用。
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