CN104995237A - 多孔凝胶及其应用 - Google Patents

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Abstract

描述了孔隙率至少约5％的水凝胶，包括：一第一聚合物材料，所述第一聚合物材料包括一衍生自带有乙烯基团的单体的聚合物；一包括除聚乙二醇外的聚二醇的第二聚合物材料。一种制造多孔水凝胶的方法，包括：在一反应容器里提供一混合物，所述混合物包括：一带有乙烯基团的单体、一交联剂、一有机溶剂、一包括聚丙烯酸的第一聚合物和一包括除聚乙二醇外的聚二醇的第二聚合物材料；混合所述混合物以形成孔隙率至少约5％的水凝胶。还描述了一种农业方法和系统(种子在一种子容器中)。

Description

多孔凝胶及其应用
相关申请的交叉引用
本申请要求申请日为2012年8月30日的美国临时申请61/695,157的优先权，其内容在此整体引作参考。
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
多孔材料尤其是多孔聚合物材料可以有多种用途和应用，例如化学工业中的分离和纯化、生物科学中的细胞培养和固定、药物中的控制药物释放和生物工程中的人造器官。
用于农业领域的聚合物材料中至少一些是亲水聚合物，例如水凝胶。这种聚合物(或聚合)材料的机械强度相对较低，通常使得它们不适于用作于农业布置中的多孔材料。认识到这一点，需要比其他凝胶和水凝胶机械强度更高的多孔水凝胶。
根据本发明的一个方面，本发明提供一种多孔聚合物凝胶(例如水凝胶)。根据本发明的另一方面，本发明提供制造这种凝胶的方法，包括使用特定设计的聚合反应器和例如使用三维(3D)骨架结构，来增加该凝胶的机械强度并优选地提供更高的吸水性。在一个这样的实施例中，3D骨架结构可以通过使用双交联系统来构造。
根据本发明的一个实施例，本发明的聚合物材料和多孔聚合物材料可以例如用于但不限于化学工业中的分离和纯化、生物科学中的细胞培养和固定、药物中的控制药物释放和生物工程中的人造器官。在一个特定实施例中，在此提供的多孔凝胶与无孔水凝胶相比有多个优点，例如快速吸水性和更高的流体(例如水)容量。
根据本发明的一个方面，本发明提供多孔水凝胶的组合物及其制造方法。另外，本发明的一个实施例提供多孔水凝胶应用的方法，例如在农业领域。
根据本发明的一个方面，本发明提供一种水凝胶，包括：一第一聚合物材料，所述第一聚合物材料包括一衍生自带有乙烯基团的单体的聚合物；一带有除聚乙二醇外的聚二醇的第二聚合物材料；其中，所述水凝胶的孔隙率至少约5％。
在一个实施例中，所述第一聚合物材料可以包括一交联剂。在一个这样的实施例中，所述交联剂选自以下材料组成的组：二乙二醇二乙烯醚、二乙二醇双丙酸酯、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺。在一些实施例中，所述第一聚合物材料包括交联的聚丙烯酸。
在一个实施例中，所述第二聚合物材料可以是基本上聚合物。在一些实施例中，所述第二聚合物材料为聚四亚甲基醚二醇。在一些实施例中，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。在一个实施例中，所述第二聚合物材料的分子量Mw在约650至约2000克/摩尔(g/mol)之间。在一些实施例中，所述第二聚合物材料的分子量Mw在约500至约1000克/摩尔之间。
根据本发明又一实施例，所述水凝胶还包括一第三聚合物材料。所述第三聚合物材料可以是丙烯酸的均聚物。在一些情形，所述第三聚合物材料基本上是无孔的。所述第三聚合物材料的分子量Mw在约250,000至约1,000,000克/摩尔之间。在一些实施例中，所述第三聚合物材料的分子量Mw在约400,000至约600,000克/摩尔之间。
在一些实施例中，所述水凝胶的孔隙率例如至少约5％、至少约10％、至少约20％、至少约30％、至少约40％、至少约50％、至少约60％或至少约70％。
在一个实施例中，所述单体可以选自下述材料组成的组：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。
在一个特定实施例中，所述水凝胶可以在一个、两个、5个、10个、50个或100个吸水-脱水循环后基本上不变。在一个这样的实施例中，所述水凝胶的保水容量为所述水凝胶重量的至少约10倍、至少约20倍、至少约30倍、或至少约50倍。在另一个这样的实施例中，所述水凝胶的保水容量例如是所述水凝胶重量的至少约10％、至少约20％、至少约30％、至少约40％、至少约50％、至少约60％、至少约100％或至少约1000％。
在一个实施例中，所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料的重量比可以是约1:1、约1:2、约1:3、约1:4、约1:5或约1:6。所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料的重量比可以是约2:1、约3:1、约4:1、约5:1、或约6:1。所述第一聚合物材料和所述第三聚合物材料的重量比可以是约1:1、约1:1.2、约1:1.5、约1:2、约1:2.5、约1:3、约1:4、约1:5或约1:6。所述第一聚合物材料和所述第三聚合物材料的重量比可以是约1.2:1、约1.5:1、约2:1、约2.5:1、约3:1、约4:1、约5:1、或约6:1。
在一个特定实施例中，所述第一聚合物材料可以增加所述水凝胶的吸水速率。在一些实施例中，所述水凝胶的吸水速率为不含所述第一聚合物材料的水凝胶组合物的吸水速率的至少1.5倍。在一些其他实施例中，所述水凝胶的吸水速率为不含所述第一聚合物材料的水凝胶组合物的吸水速率的至少2倍。
在一个实施例中，根据本发明的一个实施例的多孔交联聚合物材料可以通过油包水型乳液聚合和水包油性溶液乳液来制造。在一个这样的特定实施例中，所述交联聚合物材料的吸水速率和动力学可以理想地与所述聚合物材料的多孔结构有关，并受到所述聚合物材料的多孔结构的影响。在一个这样的实施例中，所述多孔交联聚合物材料可以例如包括水凝胶。在一个情形，根据本发明的一个实施例的多孔材料可以理想地具有相对大的表面积和/或比表面积和在所述材料内的理想的高孔隙率和空隙或空的空间。在根据本发明的一个实施例的多孔聚合物材料内的这些孔或空间可以理想地增强液体进入聚合物颗粒来吸附，以及观察到的吸附速率。在一个特定的示例性实施例中，可以通过乳液聚合将多孔结构引入和/或形成在根据本发明的一个实施例的聚合物材料中。在一个这样的实施例中，乳液系统例如包括一包括单体和交联剂的水相和一包括有机溶剂的有机相。在使用这样的乳液系统和乳液聚合的实施例中，可以产生具有理想的高机械强度和理想的快速的吸水速率的多孔聚合物颗粒。
根据本发明又一方面，本发明提供一种制造多孔水凝胶的方法，包括：在一反应容器里提供一带有乙烯基团的单体、一交联剂、一有机溶剂、一包括聚丙烯酸的第一聚合物和一带有除聚乙二醇外的聚二醇的第二聚合物材料；混合所述混合物。在一个实施例中，所述第一和/或第二聚合物材料中可以基本上是聚合物。
在一个特定实施例中，所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料的重量比为约1:1、约1:2、约1:3、约1:4、约1:5或约1:6。在其他实施例中，所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料的重量比为约2:1、约3:1、约4:1、约5:1或约6:1。
在又一个实施例中，所述方法还包括加热所述混合物。在一些实施例中，在约50℃至90℃之间加热所述混合物至少1小时或至少2小时。
在一个实施例中，所述单体选自下述材料组成的组：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。另外，所述聚丙烯酸可以源自回收利用的聚丙烯酸。
在一些实施例中，所述溶剂可以是甲苯。
根据本发明又一方面，本发明的一个实施例提供一种农业方法，包括：在一块土壤里提供水凝胶，所述水凝胶的孔隙率至少约5％、至少约10％、至少约20％、至少约30％、至少约40％、至少约50％或至少约60％。
在一个这样的实施例中，所述水凝胶可以包括三种聚合物材料：一包括基本上多孔的聚丙烯酸的第一聚合物材料、一包括聚四亚甲基醚二醇的第二聚合物材料和一包括基本上无孔的聚丙烯酸的第三聚合物材料。在一些实施例中，所述第一聚合物材料为交联的聚丙烯酸。所述第二聚合物材料可以是基本上均聚物。在一些实施例中，所述第二聚合物材料为聚四亚甲基醚二醇。所述第三聚合物材料可以是基本上均聚物。在一些实施例中，所述第三聚合物材料为聚丙烯酸。
在一些实施例中，所述水凝胶在一个、两个、5个、10个、50个或100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为所述水凝胶重量的至约少10倍、20倍、30倍或50倍。在又一实施例中，所述水凝胶的保水容量为所述水凝胶重量的至少约10％、至少约20％、至少约30％、至少约40％、至少约50％、至少约60％、至少约100％、或至少约1000％。
在一个实施例中，所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料的重量比为约1:1、约1:2、约1:3、约1:4、约1:5或约1:6。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比为约2:1、约3:1、约4:1、约5:1或约6:1。在又一实施例中，所述第一聚合物材料和所述第三聚合物材料的重量比为约1:1、约1:1.2、约1:1.5、约1:2、约1:2.5、约1:3、约1:4、约1:5或约1:6。在又一实施例中，所述第一聚合物材料和所述第三聚合物材料的重量比为约1.2:1、约1.5:1、约2:1、约2.5:1、约3:1、约4:1、约5:1或约6:1。
根据本发明又一方面，本发明的一个实施例提供一种系统，包括：一种子容器，所述种子容器由一孔隙率至少约5％的水凝胶制成；在所述种子容器内的种子。
在一个这样的实施例中，所述水凝胶的孔隙率至少约10％。
在一个特定实施例中，所述水凝胶可以包括三种聚合物材料：一包括基本上多孔的聚丙烯酸的第一聚合物材料、一包括聚四亚甲基醚二醇的第二聚合物材料和一包括基本上无孔的聚丙烯酸的第三聚合物材料。
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、放热聚合反应器的等距视图。
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(在此也即“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、氮或氟)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，带聚二醇的材料为基本上均聚物是指该材料的至少80％由同一聚二醇单体单元构成。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)。
在此所用的术语“孔隙率”是指对材料内空的空间(例如空的地方)的测量，其可以是总体积中孔隙体积所占的分数。在一些情形里，孔隙率可以在范围0％至100％。
根据一个实施例，上述或下述多孔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和冲击强度的聚合物复合物。
在此提供的多孔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。在本发明实施例提供的多孔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多孔凝胶对环境友好，长期使用不会导致环境污染。国际申请WO/2012/064787(PCT/US2011/059837)也对凝胶或水凝胶进行了描述，其整体在此引作参考。
多孔凝胶和水凝胶
在本发明的一个实施例中，多孔凝胶或水凝胶相对无孔凝胶或水凝胶有一个或多个优点，例如吸水更快、吸水量更大。另外，根据一个实施例，多孔凝胶或水凝胶相对无孔凝胶和水凝胶有改进的透气性，这对农业应用非常重要。
根据本发明的一个方面，提供一种多孔的凝胶(也称作“凝胶状物质”)。在一个这样的实施例中，所述多孔的凝胶可以是两种或多种通过氢键彼此连接的聚合物材料的混合物。所述聚合物材料可以通过其一个或多个子单元氢键连接到另一聚合物材料。所述聚合物材料中至少一个优选的是多孔的。在一些实施例中，所述聚合物材料包括一交联剂。在一个这样的实施例中，所述交联剂可以选自以下材料组成的组：二乙二醇二乙烯醚、二乙二醇双丙酸酯、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺。
在一些实施例中，多孔的凝胶包括一种或更多种、两种或更多种、三种或更多种、四种或更多种、五种或更多种、六种或更多种、七种或更多种、八种或更多种、九种或更多种、十种或更多种的彼此通过氢键连接的聚合物材料。
在一些示例性实施例中，多孔的凝胶具有一第一聚合物材料、一第二聚合物材料和一第三聚合物材料。在一个实施例中，所述第一聚合物材料为交联的聚丙烯酸。在另一实施例中，所述第一聚合物材料氢键连接到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仅通过氢键作用连接到所述第二聚合物材料。在又一实施例中，所述第三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，所述第三聚合物材料为线性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，所述第三聚合物材料氢键连接到所述第二聚合物材料。在又一实施例中，所述第二聚合物材料氢键连接到所述第一和第三聚合物材料。在又一实施例中，所述第一聚合物材料为交联的PAA，所述第二聚合物材料为PTMEG，所述第三聚合物材料为PPA。在又一实施例中，所述第一聚合物材料为交联的PPA，所述第二聚合物材料为PTMEG，所述第三聚合物材料为线性PPA。在一些实施例中，所述第一聚合物材料是多孔的。在又一实施例中，所述凝胶混合物的孔隙率例如为至少约5％、至少约10％、至少约20％、至少约30％、至少约40％、至少约50％、至少约60％或至少约70％。
在一个实施例中，多孔凝胶包括聚丙烯酸(或聚(丙烯酸)，PAA)和聚二醇。在一些实施例中，多孔凝胶还包括丙烯酸单体。在一些实施例中，多孔凝胶包括一带乙烯基的单体(在此也称作“带带乙烯基的材料”)，例如丙烯酰胺、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，多孔凝胶包括一带乙烯基的聚合物(在此也称作“带乙烯基的材料”)。在一个实施例中，在一带乙烯基的材料为酸时，多孔凝胶可以包括所述酸的盐类衍生物。例如，在所述单体为丙烯酸时，多孔凝胶可以包括聚丙烯酸的钠盐或钾盐。在一些实施例中，所述带乙烯基的材料通过共价键连接到聚丙烯酸。
在一个实施例中，多孔凝胶包括聚丙烯酸(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)和聚丙烯醚二醇(PPG)。在另一实施例中，多孔凝胶包括PAA和PPG。
在一个实施例中，包括多孔水凝胶的多孔凝胶包括一第一聚合物和一第二聚合物，所述第二聚合物具有子单元–O–(CH2)n，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。在另一个实施例中，n大于或等于2。在又一个实施例中，n大于或等于3。在又一个实施例中，n大于或等于4。在这种情形，所述第二聚合物材料可以是PTMEG。在又一个实施例中，所述多孔凝胶可以包括一第三聚合物材料。在一些实施例中，所述第三聚合物材料为线性PPA。在又一实施例中，所述多孔材料包括聚合物材料之间的氢键作用。
在一个实施例中，多孔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，所述多孔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，多孔凝胶包括聚丙烯酸(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，多孔凝胶包括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)例如至少约250、至少约650、至少约1000、至少约2000或至少约3000。
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。在一个实施例中，环境友好的凝胶和水凝胶可以理想地是非毒性的和/或可生物降解的。根据一个实施例，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交联的聚丙烯酸、第二聚合物材料诸如一种环境友好的聚二醇和第三聚合物材料诸如线性聚丙烯酸制备。在一些情况，所述第一聚合物材料是多孔的。在一些实施例中，所述第一聚合物材料的孔隙率为至少10％。在一个实施例中，这种非毒性的和可生物降解的水凝胶理想地对环境友好(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，一种环境友好的水凝胶与聚乙烯混合。在一个这样的实施例中，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多孔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，环境友好的多孔水凝胶通过下述的方法制备。在一些实施例中，环境友好的多孔水凝胶具有上述的组合物。在一些实施例中，环境友好的多孔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。
根据一个实施例，包括一种环境友好的聚二醇的环境友好的多孔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，环境友好的多孔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。
制备多孔凝胶和水凝胶的方法
根据本发明的另一方面，根据一些实施例提供制备多孔凝胶和水凝胶的方法。
又一方面，根据一实施例提供制备多孔水凝胶的方法：其包括在一反应容器里提供一具有乙烯基的单体、一交联剂、一有机溶剂、一包括聚丙烯酸的第一聚合物材料和一包括除聚乙二醇外的聚二醇的第二聚合物材料，并进行混合。在一个这样的实施例中，所述第一和/或第二聚合物材料可以基本上为均聚物。
在一个特定实施例中，所述方法还可以包括加热所述混合物。在一些实施例中，所述混合物在约50℃至90℃之间的温度加热。在另一些实施例中，所述混合物加热例如至少一小时、至少两小时或至少三小时。
在一个实施例中，所述有机溶剂可以是一种不能与水混溶的溶剂。在一些情形，所述有机溶剂为芳香族。在另一实施例中，所述有机溶剂为甲苯。在一个实施例中，所述有机溶剂在所述多孔水凝胶的形成中起到重要作用。有机溶剂的用量可能影响水凝胶的一个或多个物理性能，例如水凝胶的孔隙率。
在一个实施例中，形成所述水凝胶的聚合反应为放热反应。一旦聚合开始，放热的链式反应会发生并导致反应器内的高温和高压，如果安控系统有故障，这会导致可能的爆炸或反应器猛然破裂和/或排放易燃的和/或有毒的气体。通常，放热反应会造成特定的危害物，无论是在开放的空间或是密封的反应器。因此，根据本发明的一个实施例，最好提供和设计一种反应器来控制反应器内的压力以避免压力过高，所述压力过高可能导致爆炸或反应器破裂并导致快速释放热的能量流到外部环境。传统的方法是在聚合反应的同时冷却反应。但是，根据本发明的一个方面，高的聚合反应温度可能是有益的。它可以增加聚合的单体比例，从而导致高的反应产率和/或聚合产品低的杂质。
现在参考图1，提供根据本发明的一个实施例的反应容器1，图1示出了等距视图。在一个实施例中，图1所示的示例性反应容器可以理想地提供用于进行放热反应，例如放热聚合反应。在一个这样的实施例中，图1所示的反应器可以提供用于进行放热聚合反应，以根据本发明的一个实施例形成水凝胶。在一个特定实施例中，反应器1可以带有网状的反应器盖2。在一个这样的实施例中，所述网状的反应器盖2可以理想地对反应器1提供结构性的和/或限制的强度，以加固用于放热反应(例如聚合反应)的反应器。在一个特定实施例中，所述网状的盖2可以理想地包括一适当的材料，所述材料用于提供理想的适当的强度诸如拉伸强度，以加固所述反应容器。在一个实施例中，所述网状的盖可以理想地包括一适当的材料，所述材料与反应器1的材料和/或在此进行的反应的组分相容。在一个这样的实施例中，所述网状的盖2可以理想地包括一适当坚固的无钢材料，例如无钢金属、合金、复合物或聚合物材料。
在本发明的另一个实施例中，制造多孔凝胶或水凝胶的方法可以包括在一适当的反应容器里结合一包括基本上多孔的聚甲基丙烯酸的第一聚合物材料、一包括聚四亚甲基醚二醇的第二聚合物材料和一包括基本上无孔的聚甲基丙烯酸的第三聚合物材料，所述反应容器例如是图1所示的示例性反应容器1。
多孔凝胶和水凝胶的性能
在一个实施例中，根据在此描述的方法制造的多孔凝胶和水凝胶可以理想地具有适于多种用途和应用的材料特性，例如玻璃化温度、粘度、硬度、导电性、吸水性、透气性、拉伸强度，所述多种用途和应用例如是农业、医疗、生物工程和化学应用和用途中至少一个。
在一个实施例中，带有交联PAA和一种聚二醇的多孔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℃至40℃或15℃至30℃。
在一个实施例中，由交联的PAA和一种聚二醇制备的多孔凝胶或水凝胶具有一定的压缩强度，至少约100g/cm2(克/平方厘米)、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。在另一实施例中，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而不损坏。压缩强度可以基于应力-应变测量来评估。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约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多孔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、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而不损坏。拉伸强度可以基于应力-应变测量来评估。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。
在一个实施例中，所述水凝胶在一个、两个、5个、10个、50个或100个吸水-脱水循环后基本上保持不变。在一个这样的实施例中，所述水凝胶的保水容量为所述水凝胶重量的至少约10倍、至少约20倍、至少约30倍或至少约50倍。在另一个实施例中，所述水凝胶的保水容量为所述水凝胶重量的至少约10％、至少约20％、至少约30％、至少约40％、至少约50％、至少约60％、至少约100％或至少约1000％。
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多孔水凝胶。在一个这样的实施例中，提供的水凝胶可以具有根据在此描述的一个或多个实施例的组合物。在一个实例中，多孔水凝胶包括带有基本上多孔的聚丙烯酸的第一聚合物材料、带有聚四亚甲基本醚二醇的第二聚合物材料和带有基本上无孔的聚丙烯酸的第三聚合物材料。
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，所述第三聚合物材料为基本上均聚物。在一个实施例中，所述第二聚合物材料可以通过氢键连接至所述第一聚合物材料和第三聚合物材料。
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根据一个或多个实施例描述的多孔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、一第二聚合物材料和一第三聚合物材料形成，所述第一聚合物材料包括基本上多孔的聚丙烯酸，所述第二聚合物材料包括聚四亚甲基醚二醇，所述第三聚合物材料包括基本上无孔的聚丙烯酸。
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，以可以适于理想的应用，例如农业应用。
水凝胶组合物和/或制造方法的实例
实例1
根据一个实施例，100g(克)丙烯酸溶于300g水中(溶液A)。在冷却下，54g氢氧化钾溶于溶液A。混合物置于2L(升)容量的圆烧瓶中，所述圆烧瓶带有机械搅拌器、温控器和加热架。随后加入0.3g N,N’-亚甲基双丙烯酰胺和1.5g过硫酸钾。在搅拌下还在所述2L容量烧瓶中加入10g聚丙烯酸和20g PTMG。随后，在上述混合物中加入50g甲苯和2g(聚山梨醇酯20)。在剧烈搅拌下形成乳液。聚合反应在初始温度55℃和随后的最高不超过85–90℃进行两小时，以提供根据本发明的一个实施例的水凝胶。
实例2
根据另一个实施例，3kg(公斤)丙烯酸溶于4.5L水中(以提供溶液A)。1620g氢氧化钾溶于4.5L冷水中(以提供溶液B)。搅拌混合溶液A和B。混合物置于22L容量的圆烧瓶中，所述圆烧瓶带有机械搅拌器、温控器和加热架。随后加入9.0g N,N’-亚甲基双丙烯酰胺和45g过硫酸钾。在搅拌下还在所述22L容量烧瓶中加入30g聚丙烯酸和60gPTMG。随后，在搅拌下还混合物中加入1.5kg甲苯和25g 20(聚山梨醇酯20)。在剧烈搅拌下形成乳液。聚合反应在初始温度50至55℃和随后的最高不超过85–90℃进行3小时，以提供根据本发明的一个实施例的水凝胶。大块的水凝胶产品随后用研磨机切割并在70℃干燥。发现干燥的水凝胶产品对自来水的吸附率为其干燥重量的约200至250倍。
实例3
根据另一个实施例，3kg丙烯酸溶于4.5L水中(以提供溶液A)。1.16g 牌植物养料24-8-16溶于4.5L冷水中(以提供溶液B)。搅拌混合溶液A和B。混合物置于22L容量的圆烧瓶中，所述圆烧瓶带有机械搅拌器、温控器和加热架。随后加入9.0g N,N’-亚甲基双丙烯酰胺和45g过硫酸钾。在搅拌下还在所述22L容量烧瓶中加入30g聚丙烯酸和60g PTMG。随后，在搅拌下还混合物中加入1kg甲苯和25g20(聚山梨醇酯20)。在剧烈搅拌下形成乳液。聚合反应在初始温度50至55℃和随后的最高不超过85–90℃进行3小时，以提供根据本发明的一个实施例的水凝胶。大块的水凝胶产品随后用研磨机切割。
实例4
根据另一个实施例，无孔水凝胶和多孔水凝胶混合以获得快速吸附的凝胶。调节无孔凝胶和多孔凝胶的比例，以获得理想的吸附速率，对于表1所示的混合比例的五种无孔水凝胶和多孔水凝胶的混合物，测量300mL水的吸附速率。
表1.通过混合无孔凝胶和多孔凝胶来改进吸附速率
实例5
根据本发明又一个实施例，进行水包油型乳液聚合反应来制造水凝胶。在一22升玻璃反应器中加入2333g丙烯酸、1260g氢氧化钾、7g N,N’-亚甲基双丙烯酰胺、23.3g聚丙烯酸/46.6g聚四氢呋喃、35g过硫酸钾、52mL(聚山梨醇酯20)到4200mL水中，以获得水性溶液，所述玻璃反应器带有机械搅拌器，搅拌器转速为250rpm(转/分钟)。混合时温度控制在55℃。在上述水性溶液中加入2598g甲苯，在机械搅拌器转速1400rpm下搅拌5至10分钟，获得乳液。将所述乳液升温至65–67℃进行聚合反应。
对所得聚合物脱水，并在甲醇中浸泡12小时来脱除甲苯。通过真空抽滤来收集产品，并在50℃烤箱干燥8小时。利用重型搅拌器研磨所得的大块聚合物产品。所得的聚合物产品粉末在甲醇中浸泡12小时，利用真空抽滤收集，然后在50℃烤箱干燥8小时。干燥的粉末随后用0.6mm和2mm的网筛式分离器分离，保留颗粒尺寸小于0.6mm的部分。测量所述颗粒尺寸小于0.6mm(<0.6mm)的部分的容积密度，为0.87g/mL。
实例6
根据本发明又一个实施例，进行水包油型乳液聚合反应来制造水凝胶。在一22升玻璃反应器中加入1600g丙烯酸、864g氢氧化钾、4.8g N,N’-亚甲基双丙烯酰胺、16.0g聚丙烯酸、32.0g聚四氢呋喃、24.0g过硫酸钾、50.2mL(聚山梨醇酯20)到3200mL水中，以获得水性溶液，所述玻璃反应器带有机械搅拌器，搅拌器转速为250rpm。混合时温度控制在55℃。在上述水性溶液中加入2771.2g甲苯，在机械搅拌器转速1400rpm下搅拌5至10分钟，获得乳液。将所述乳液升温至65–67℃进行聚合反应。
对所得聚合物脱水，并在甲醇中浸泡12小时来脱除甲苯。通过真空抽滤来收集产品，并在50℃烤箱干燥8小时。利用重型搅拌器研磨所得的大块聚合物产品。所得的聚合物产品粉末在甲醇中浸泡12小时，利用真空抽滤收集，然后在50℃烤箱干燥8小时。干燥的粉末随后用0.6mm和2mm的网筛分离，保留颗粒尺寸小于0.6mm的部分。测量所述颗粒尺寸小于0.6mm(<0.6mm)的部分的容积密度，为0.59g/mL。
实例7
根据本发明又一个实施例，进行水包油型乳液聚合反应来制造水凝胶。在一22升玻璃反应器中加入1333g丙烯酸、720g氢氧化钾、4.0g N,N’-亚甲基双丙烯酰胺、13.3g聚丙烯酸、26.6g聚四氢呋喃、20.0g过硫酸钾、69.3mL(聚山梨醇酯20)到2660mL水中，以获得水性溶液，所述玻璃反应器带有机械搅拌器，搅拌器转速为250rpm。混合时温度控制在55℃。在上述水性溶液中加入3464g甲苯，在机械搅拌器转速1400rpm下搅拌5至10分钟，获得乳液。将所述乳液升温至65–67℃进行聚合反应。
对所得聚合物脱水，并在甲醇中浸泡12小时来脱除甲苯。通过真空抽滤来收集产品，并在50℃烤箱干燥8小时。利用重型搅拌器研磨所得的大块聚合物产品。所得的聚合物产品粉末在甲醇中浸泡12小时，利用真空抽滤收集，然后在50℃烤箱干燥8小时。干燥的粉末随后用0.6mm和2mm的网筛分离，获得颗粒尺寸小于0.6mm的部分、颗粒尺寸在0.6mm和2mm之间的部分、颗粒尺寸大于2mm的部分。
实例8
根据本发明又一个实施例，进行水包油型乳液聚合反应来制造水凝胶。在一22升玻璃反应器中加入1870g丙烯酸、864g氢氧化钾、5.6g N,N’-亚甲基双丙烯酰胺、18.7g聚丙烯酸、37.3g聚四氢呋喃、37.3g过硫酸钾到3733mL水中，以获得水性溶液，所述玻璃反应器带有机械搅拌器，搅拌器转速为250rpm。在机械搅拌器转速250rpm下加入46mL 80(失水山梨醇单油酸酯)到2078g甲苯中，来获得油相。混合时温度控制在55℃。将上述油相中加入上述水性溶液中，在机械搅拌器转速1400rpm下搅拌5至10分钟，获得乳液。将所述乳液升温至65–67℃进行聚合反应。
对所得聚合物脱水，并在甲醇中浸泡12小时来脱除甲苯。通过真空抽滤来收集产品，并在50℃烤箱干燥8小时。利用重型搅拌器研磨所得的大块聚合物产品。所得的聚合物产品粉末在甲醇中浸泡12小时，利用真空抽滤收集，然后在50℃烤箱干燥8小时。干燥的粉末随后用0.6mm和2mm的网筛分离，保留颗粒尺寸小于0.6mm的部分。测量所述颗粒尺寸小于0.6mm(<0.6mm)的部分的容积密度，为0.96g/mL。
实例9
根据本发明又一个实施例，进行水包油型乳液聚合反应来制造水凝胶。在一22升玻璃反应器中加入1600g丙烯酸、864g氢氧化钾、4.8g N,N’-亚甲基双丙烯酰胺、16.0g聚丙烯酸、32.0g聚四氢呋喃、24.0g过硫酸钾到3200mL水中，以获得水性溶液，所述玻璃反应器带有机械搅拌器，搅拌器转速为250rpm。在机械搅拌器转速250rpm下加入56mL 80(失水山梨醇单油酸酯)到2771g甲苯中，来获得油相。混合时温度控制在55℃。在上述水性溶液中加入上述油相，在机械搅拌器转速1400rpm下搅拌5至10分钟，获得乳液。将所述乳液升温至65–67℃进行聚合反应。
对所得聚合物脱水，并在甲醇中浸泡12小时来脱除甲苯。通过真空抽滤来收集产品，并在50℃烤箱干燥8小时。利用重型搅拌器研磨所得的大块聚合物产品。所得的聚合物产品粉末在甲醇中浸泡12小时，利用真空抽滤收集，然后在50℃烤箱干燥8小时。干燥的粉末随后用0.6mm和2mm的网筛分离，保留颗粒尺寸小于0.6mm的部分。测量所述颗粒尺寸小于0.6mm(<0.6mm)的部分的容积密度，为0.88g/mL。
实例10
根据本发明又一个实施例，进行水包油型乳液聚合反应来制造水凝胶。在一22升玻璃反应器中加入1333g丙烯酸、720g氢氧化钾、4.0g N,N’-亚甲基双丙烯酰胺、13.3g聚丙烯酸、26.6g聚四氢呋喃、24.0g过硫酸钾到2666mL水中，以获得水性溶液，所述玻璃反应器带有机械搅拌器，搅拌器转速为250rpm。在机械搅拌器转速250rpm下加入69mL 80(失水山梨醇单油酸酯)到3464g甲苯中，来获得油相。混合时温度控制在55℃。在上述油相中加入上述水性溶液中，在机械搅拌器转速1400rpm下搅拌5至10分钟，获得乳液。将所述乳液升温至65–67℃进行聚合反应。
对所得聚合物脱水，并在甲醇中浸泡12小时来脱除甲苯。通过真空抽滤来收集产品，并在50℃烤箱干燥8小时。利用重型搅拌器研磨所得的大块聚合物产品。所得的聚合物产品粉末在甲醇中浸泡12小时，利用真空抽滤收集，然后在50℃烤箱干燥8小时。干燥的粉末随后用0.6mm和2mm的网筛分离，获得颗粒尺寸小于0.6mm的部分、颗粒尺寸小于在0.6mm和2mm之间的部分、颗粒尺寸大于2mm的部分。
实例11
根据本发明又一实施例，通过混合典型的 无孔的BountigelTM牌水凝胶粉末(可以例如从美国加利福尼亚州联合市的贸森斯公司获得)和不同量的、根据上述实例6制备的示例性多孔水凝胶，获得5种多孔和无孔水凝胶混合物的样品。如下表2所示，根据本发明实例6的多孔水凝胶加入示例性的BountigelTM牌水凝胶中，比例从0(对照试样或零份多孔水凝胶)到4:6。每次加入30mL水到水凝胶混合物中，记录每种样品吸收每30mL水的时间，如表2所示。
表2
从上表2所示的吸收所需的时间可以看出，增加实例6的多孔水凝胶相对无孔水凝胶的添加量，导致吸水所需的时间急剧减少，从而提供与含有较少多孔水凝胶组分或不含多孔水凝胶组分的水凝胶混合物相比更高的吸水速率。因此，在本发明的一个实施例中，多孔水凝胶可以理想地在其与无孔水凝胶的混合物中提供增高的吸水速率，所述多孔水凝胶例如使用上述实例5-10所述的乳液聚合技术来制备。
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 (40)

1.一种水凝胶，包括：
一第一聚合物材料，所述第一聚合物材料包括一衍生自带有乙烯基团的单体的聚合物；
一包括除聚乙二醇外的聚二醇的第二聚合物材料；
其中，所述水凝胶的孔隙率至少约5％。
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包括一交联剂。
3.根据权利要求2的水凝胶，其特征在于，所述交联剂选自以下材料组成的组：二乙二醇二乙烯醚、二乙二醇双丙酸酯、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺。
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包括一交联的聚丙烯酸。
5.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包括聚四亚甲基醚二醇。
6.根据权利要求1的水凝胶，其特征在于，所述第一聚合物材料通过氢键连接到所述第二聚合物材料。
7.根据权利要求1的水凝胶，其特征在于，还包括一第三聚合物材料。
8.根据权利要求7的水凝胶，其特征在于，所述第二和第三聚合物材料中的至少一个基本上是聚合物。
9.根据权利要求7的水凝胶，其特征在于，所述第三聚合物材料基本上是无孔的。
10.根据权利要求1的水凝胶，其特征在于，所述水凝胶的孔隙率至少约10％、20％、30％、40％、50％、60％或70％。
11.根据权利要求1的水凝胶，其特征在于，所述单体选自下述材料组成的组：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。
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、两个、10个或50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，所述水凝胶的保水容量为所述水凝胶重量的至少10％、20％、30％、100％、1000％或5000％。
14.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比为约1:1、约1:2、约1:3或约1:6。
15.根据权利要求7的水凝胶，其特征在于，所述第一聚合物材料和所述第三聚合物材料的重量比为约1:1、约1:1.2、约1:1.5,、约1:2、约1:2.5、约1:3、约1:4或约1:6。
16.根据权利要求7的水凝胶，其特征在于，所述水凝胶的吸水速率为不含所述第一聚合物材料的水凝胶组合物的吸水速率的至少1.5倍。
17.根据权利要求7的水凝胶，其特征在于，所述第三聚合物材料的分子量Mw在约250,000至约1,000,000克/摩尔之间。
18.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在约500至约2000克/摩尔之间。
19.一种制造多孔水凝胶的方法，包括：
在一反应容器里提供一混合物，所述混合物包括：一带有乙烯基团的单体；一交联剂；一有机溶剂；一包括聚丙烯酸的第一聚合物；和一包括除聚乙二醇外的聚二醇的第二聚合物材料；
混合所述混合物以形成孔隙率至少约5％的水凝胶。
20.根据权利要求19的方法，其特征在于，所述第一和第二聚合物材料中的至少一个基本上是聚合物。
21.根据权利要求19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比为1:1、1:2、1:3或1:6。
22.根据权利要求19的方法，其特征在于，还包括在约50℃至90℃之间加热所述混合物约1小时。
23.根据权利要求19的方法，其特征在于，所述单体选自下述材料组成的组：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。
24.根据权利要求19的方法，其特征在于，所述聚丙烯酸包括回收利用的聚丙烯酸。
25.根据权利要求19的方法，其特征在于，所述交联剂选自以下材料组成的组：二乙二醇二乙烯醚、二乙二醇双丙酸酯、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺。
26.根据权利要求19的方法，其特征在于，所述溶剂包括甲苯。
27.一种农业方法，包括：
在一块土壤里提供水凝胶，所述水凝胶的孔隙率至少约5％。
28.根据权利要求27的方法，其特征在于，所述水凝胶包括一包括基本上多孔的聚丙烯酸的第一聚合物材料、一包括聚四亚甲基醚二醇的第二聚合物材料和一包括基本上无孔的聚丙烯酸的第三聚合物材料。
29.根据权利要求28的方法，其特征在于，所述第一聚合物材料包括交联的聚丙烯酸。
30.根据权利要求28的方法，其特征在于，所述第一、第二和第三聚合物材料中至少一个为基本上均聚物。
31.根据权利要求27的方法，其特征在于，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。
32.根据权利要求27的水凝胶，其特征在于，所述水凝胶的保水容量为所述水凝胶重量的至少约10％、20％、30％、100％、1000％或5000％。
33.根据权利要求28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比为约1:1、1:2、1:3、1:4、1:5或1:6。
34.根据权利要求28的方法，其特征在于，所述第一聚合物材料和所述第三聚合物材料的重量比为约1:2、1:2.5、1:3、1:4或1:6。
35.根据权利要求28的方法，其特征在于，所述第三聚合物材料的分子量Mw为约250,000至1,000,000克/摩尔。
36.根据权利要求28的方法，其特征在于，所述第二聚合物材料的分子量Mw为约500至2000克/摩尔。
37.一种系统，包括：
一种子容器，所述种子容器包括一孔隙率至少约5％的水凝胶；
在所述种子容器内的种子。
38.根据权利要求37的系统，其特征在于，所述水凝胶的孔隙率至少约10％。
39.根据权利要求37的系统，其特征在于，所述水凝胶包括三种聚合物材料。
40.根据权利要求39的系统，其特征在于，第一聚合物材料包括基本上多孔的聚丙烯酸，第二聚合物材料包括聚四亚甲基醚二醇，第三聚合物材料包括基本上无孔的聚丙烯酸。
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