CN114989352B - 一种高强度抗溶胀抗粘附水凝胶及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高强度抗溶胀抗粘附水凝胶及其制备方法。所述水凝胶由自制的离子液体和丙烯酰胺作为单体在催化剂作用下共聚而成。具体各步骤如下：(1)将牛磺酸与氢氧化钠反应，得到白色粉末，加入二甲基亚砜溶解后与氯乙基异氰酸酯反应，得到混合液；(2)将上述混合液加入足量的二氯甲烷中，得到白色沉淀，洗涤后旋干，与1‑乙烯基咪唑反应，得到反应液；(3)将上述反应液加入丙酮中，所得沉淀洗涤后旋干，得到白色的两性离子单体粉末；(4)两性离子单体和丙烯酰胺单体在催化剂作用下共聚形成水凝胶。本发明所制备的水凝胶力学性能优异，同时具有抗溶胀和抗粘附性能，可应用于海洋防污、生物医用材料等领域。
Description
技术领域
本发明属于海洋防污技术领域，涉及一种高强度抗溶胀抗粘附水凝胶及其制备方法。
背景技术
海洋污损生物是指在海洋设施表面生长的海洋生物，包括植物类、动物类和微生物类等。目前，污损船舶表面的海洋生物种类高达4000多种，这些污损生物易附着在船舶表面，增加船舶航行阻力，降低航行速度，增加燃油消耗；还可能引起水下船体设备腐蚀，增加维修费用。因此，生物污损带来的环境与生态安全问题也受到越来越多的关注。
水凝胶是一种由高分子链构成的具有三维网状结构的聚合物，其能够在水中溶胀并保持大量水分而不被溶解。水凝胶材料表面高度水合，且具有低的杨氏模量，能够抑制细菌的附着，有效降低蛋白质、多糖、海洋微藻等的吸附，因此水凝胶材料具有良好的防污能力，被视为优良的抗污涂层候选材料。然而，由于水凝胶易吸水溶胀，力学性能较差，极大地限制了其应用。
目前在改善水凝胶溶胀率、提高其力学性能等方面已经有了很大进展，但依旧存在很多不足，因此，研发高强度抗溶胀抗粘附水凝胶来满足应用要求仍具有重要意义。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明目的在于提供一种高强度抗溶胀抗粘附水凝胶及其制备方法。该方法制备的水凝胶强度高，力学性能好，且具有更好的抗溶胀性能及抗硅藻附着性能。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种高强度抗溶胀抗粘附水凝胶，所述高强度抗溶胀抗粘附水凝胶由两性离子单体和丙烯酰胺单体共聚而成。
所述高强度抗溶胀抗粘附水凝胶中的丙烯酰胺单体带有酰胺基团，可与水分子形成较强的氢键作用，使水凝胶具有较好的亲水性；两性离子单体形成聚合物具有强大的表面水合作用，其表面电荷和水分子之间的强相互作用使得聚合物表面形成有序的强氢键水层，可作为一种物理屏障防止污垢附着在表面，因此制备的水凝胶具有良好的抗粘附性能。此外，由于共聚而成的水凝胶网络中的两性离子高分子链上带有等量的正负电荷，强烈的静电吸引作用会形成自缔合，赋予水凝胶抗溶胀性能。因此，采用丙烯酰胺与乙烯基离子液体单体共聚的方式合成聚合物网络，使该水凝胶体系具有更好的力学性能，更小的溶胀率及更佳的抗硅藻附着性能。
一种高强度抗溶胀抗粘附水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)将牛磺酸与氢氧化钠反应，加水溶解，常温搅拌，反应结束后冷冻干燥得到白色粉末，加入二甲基亚砜溶解该白色粉末，随后与氯乙基异氰酸酯反应，得到混合液；
(2)将上述混合液加入足量的二氯甲烷中，得到白色沉淀，用少量二氯甲烷洗涤后旋干后得到白色粉末，与1-乙烯基咪唑在水中溶解后进行反应，得到反应液；
(3)将上述反应液加入丙酮中，所得沉淀洗涤后常温旋干，得到白色的两性离子单体粉末；
(4)将两性离子单体粉末和丙烯酰胺单体粉末溶解在水中，在过硫酸铵与N,N,N’,N’-四甲基乙二胺形成的氧化还原体系下催化共聚形成水凝胶。
作为优选，所述步骤(1)中，所述牛磺酸与氢氧化钠的反应摩尔比为1:(1～1.2)；白色粉末与氯乙基异氰酸酯的反应摩尔比为1:(1～1.2)。
作为优选，所述步骤(2)中，所述白色粉末与1-乙烯基咪唑的反应摩尔比为1:(1～2)。
作为优选，所述步骤(2)中，所述白色沉淀进行旋干的温度为30～40℃，时间为50～60min。
作为优选，所述步骤(2)中，所述白色粉末与1-乙烯基咪唑的反应温度为65～75℃，时间为40～50h。
作为优选，所述步骤(4)中，所述两性离子单体与丙烯酰胺单体的反应质量比为(0.8:0.2、0.6:0.4、0.5:0.5、0.4:0.6、0.2:0.8)；两个单体总质量与水的质量比为1:(1～3)；两个单体总质量与过硫酸铵的质量比为1:(0.01～0.03)；两个单体总质量与N,N,N’,N’-四甲基乙二胺的质量比为1:(0.001～0.005)。
所述两性离子单体(IL)结构式如下：
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明提供了一种高强度抗溶胀抗粘附水凝胶，将丙烯酰胺与离子液体单体共聚形成水凝胶，使该水凝胶具有更好的力学性能，更小的溶胀率及更佳的抗硅藻附着性能，此外，该水凝胶还具有良好的生物相容性以及自修复性能，能够更适用于海洋防污以及生物医药等领域。
附图说明
图1为本发明中两性离子单体与丙烯酰胺单体制备水凝胶的原理图。
图2为本发明实施例3和对比例3所制得的水凝胶的压缩应力-应变曲线。
图3为空白样、本发明实施例3和对比例3所制得的水凝胶的抗硅藻附着情况。
图4为本发明实施例3和对比例3所制得的水凝胶的抗溶胀情况。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
一种高强度抗溶胀抗粘附水凝胶，所述高强度抗溶胀抗粘附水凝胶由由自制的离子液体和丙烯酰胺作为单体在催化剂作用下共聚而成。所述制备方法主要分为两大步，其一是制备出两性离子液体，其二是采用该两性离子液体与丙烯酰胺共聚。水凝胶结构式如下：
实施例1
一种高强度抗溶胀抗粘附水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)将12.5g牛磺酸、4g氢氧化钠颗粒，加入20ml去离子水中溶解，常温搅拌3h。反应结束后，放入冷冻干燥机中-60℃下冷冻干燥48h，得到白色粉末15g。在此步骤中，牛磺酸与氢氧化钠的反应摩尔比为1:1。
(2)取步骤(1)中白色粉末5g于烧杯中，加入20ml二甲基亚砜溶解该白色粉末，随后将3.93g氯乙基异氰酸酯加入烧杯中，常温搅拌3h至溶液澄清，反应结束，得到混合液；在此步骤中，白色粉末与氯乙基异氰酸酯的反应摩尔比为1:1.1。
(3)将上述混合液缓慢滴入80ml二氯甲烷中，得到白色絮状沉淀，将其放入离心机中以6000rpm/min的转速离心5min，取出沉淀用少量二氯甲烷洗涤两遍，随后将沉淀用旋转蒸发仪在40℃下旋蒸1h，得到白色粉末5.31g；
(4)将步骤(3)中5.31g白色粉末与2.19g 1-乙烯基咪唑倒入250mL的三口烧瓶中，并加入30ml去离子水进行搅拌溶解，在70℃下反应40h，得到反应液；在此步骤中，白色粉末与1-乙烯基咪唑的反应摩尔比为1:1.1。
(5)将步骤(4)中冷却的反应液滴加到少量丙酮中，得到白色沉淀，用丙酮洗涤三遍后常温旋蒸1h，得到白色的两性离子单体粉末7.33g；
(6)取步骤(5)中白色的两性离子单体粉末0.8g，丙烯酰胺单体0.2g溶解在1g去离子水中，随后依次加入0.01g过硫酸铵与0.003g N,N,N’,N’-四甲基乙二胺，超声除去混合溶液中的气泡，将溶液倒入玻璃模具中，静置30min，形成水凝胶。在此步骤中，两性离子单体与丙烯酰胺单体的反应质量比为0.8:0.2；两种单体与水的质量比为1:1，与过硫酸铵的质量比为1:0.01，与N,N,N’,N’-四甲基乙二胺的质量比为1:0.003。
实施例2
(1)将15g牛磺酸、4.8g氢氧化钠颗粒，加入30ml去离子水中溶解，常温搅拌3h。反应结束后，放入冷冻干燥机中-60℃下冷冻干燥48h，得到白色粉末17.4g；在此步骤中，牛磺酸与氢氧化钠的反应摩尔比为1:1；
(2)取步骤(1)中白色粉末5g于烧杯中，加入20ml二甲基亚砜溶解该白色粉末，随后将3.93g氯乙基异氰酸酯加入烧杯中，常温搅拌3h至溶液澄清，反应结束，得到混合液；在此步骤中，白色粉末与氯乙基异氰酸酯的反应摩尔比为1:1.1；
(3)将上述混合液缓慢滴入80ml二氯甲烷中，得到白色絮状沉淀，将其放入离心机中以6000rpm/min的转速离心5min，取出沉淀用少量二氯甲烷洗涤两遍，随后将沉淀用旋转蒸发仪在40℃下旋蒸1h，得到白色粉末5.82g；
(4)将步骤(3)中5.82g白色粉末与4.1g 1-乙烯基咪唑倒入250mL的三口烧瓶中，并加入40ml去离子水进行搅拌溶解，在70℃下反应40h，得到反应液；在此步骤中，白色粉末与1-乙烯基咪唑的反应摩尔比为1:1.9；
(5)将步骤(4)中冷却的反应液滴加到少量丙酮中，得到白色沉淀，用丙酮洗涤三遍后常温旋蒸1h，得到白色的两性离子单体粉末8.04g；
(6)取步骤(5)中白色的两性离子单体粉末0.6g，丙烯酰胺单体0.4g溶解在1g去离子水中，随后依次加入0.02g过硫酸铵与0.003g N,N,N’,N’-四甲基乙二胺，超声除去混合溶液中的气泡，将溶液倒入玻璃模具中，静置30min，形成水凝胶。在此步骤中，两性离子单体与丙烯酰胺单体的反应质量比为0.6:0.4；两种单体与水的质量比为1:1，与过硫酸铵的质量比为1:0.02，与N,N,N’,N’-四甲基乙二胺的质量比为1:0.003。
实施例3
(1)将20g牛磺酸、6.4g氢氧化钠颗粒，加入40ml去离子水中溶解，常温搅拌3h。反应结束后，放入冷冻干燥机中-60℃下冷冻干燥48h，得到白色粉末20.52g；在此步骤中，牛磺酸与氢氧化钠的反应摩尔比为1:1；
(2)取步骤(1)中白色粉末5g于烧杯中，加入20ml二甲基亚砜溶解该白色粉末，随后将3.57g氯乙基异氰酸酯加入烧杯中，常温搅拌3h至溶液澄清，反应结束，得到混合液；在此步骤中，白色粉末与氯乙基异氰酸酯的反应摩尔比为1:1；
(3)将上述混合液缓慢滴入80ml二氯甲烷中，得到白色絮状沉淀，将其放入离心机中以6000rpm/min的转速离心5min，取出沉淀用少量二氯甲烷洗涤两遍，随后将沉淀用旋转蒸发仪在40℃下旋蒸1h，得到白色粉末7.57g；
(4)将步骤(3)中7.57g白色粉末与5.647g 1-乙烯基咪唑倒入250mL的三口烧瓶中，并加入60ml去离子水进行搅拌溶解，在70℃下反应40h，得到反应液；在此步骤中，白色粉末与1-乙烯基咪唑的反应摩尔比为1:2；
(5)将步骤(4)中冷却的反应液滴加到少量丙酮中，得到白色沉淀，用丙酮洗涤三遍后常温旋蒸1h，得到白色的两性离子单体粉末10.89g；
(6)取步骤(5)中白色的两性离子单体粉末0.5g，丙烯酰胺单体0.5g溶解在1g去离子水中，随后依次加入0.01g过硫酸铵与0.005g N,N,N’,N’-四甲基乙二胺，超声除去混合溶液中的气泡，将溶液倒入玻璃模具中，静置30min，形成水凝胶。在此步骤中，两性离子单体与丙烯酰胺单体的反应质量比为0.5:0.5；两种单体与水的质量比为1:1，与过硫酸铵的质量比为1:0.01，与N,N,N’,N’-四甲基乙二胺的质量比为1:0.005。
实施例4
(1)将25g牛磺酸、8g氢氧化钠颗粒，加入50ml去离子水中溶解，常温搅拌3h。反应结束后，放入冻干燥机中-60℃下冷冻干燥48h，得到白色粉末24.8g；在此步骤中，牛磺酸与氢氧化钠的反应摩尔比为1:1；
(2)取步骤(1)中白色粉末5g于烧杯中，加入20ml二甲基亚砜溶解该白色粉末，随后将3.93g氯乙基异氰酸酯加入烧杯中，常温搅拌3h至溶液澄清，反应结束，得到混合液；在此步骤中，白色粉末与氯乙基异氰酸酯的反应摩尔比为1:1.1；
(3)将上述混合液缓慢滴入80ml二氯甲烷中，得到白色絮状沉淀，将其放入离心机中以6000rpm/min的转速离心5min，取出沉淀用少量二氯甲烷洗涤两遍，随后将沉淀用旋转蒸发仪在40℃下旋蒸1h，得到白色粉末6.082g；
(4)将步骤(3)中6.082g白色粉末与2.269g 1-乙烯基咪唑倒入250mL的三口烧瓶中，并加入40ml去离子水进行搅拌溶解，在70℃下反应40h，得到反应液；在此步骤中，白色粉末与1-乙烯基咪唑的反应摩尔比为1:1；
(5)将步骤(4)中冷却的反应液滴加到少量丙酮中，得到白色沉淀，用丙酮洗涤三遍后常温旋蒸1h，得到白色的两性离子单体粉末7.398g；
(6)取步骤(5)中白色的两性离子单体粉末0.8g，丙烯酰胺单体0.2g溶解在2g去离子水中，随后依次加入0.01g过硫酸铵与0.003g N,N,N’,N’-四甲基乙二胺，超声除去混合溶液中的气泡，将溶液倒入玻璃模具中，静置30min，形成水凝胶。在此步骤中，两性离子单体与丙烯酰胺单体的反应质量比为0.8:0.2；两种单体与水的质量比为1:2，与过硫酸铵的质量比为1:0.01，与N,N,N’,N’-四甲基乙二胺的质量比为1:0.003。
实施例5
(1)将25g牛磺酸、8.8g氢氧化钠颗粒，加入50ml去离子水中溶解，常温搅拌3h。反应结束后，放入冷冻干燥机中-60℃下冷冻干燥48h，得到白色粉末25.2g；在此步骤中，牛磺酸与氢氧化钠的反应摩尔比为1:1.1；
(2)取步骤(1)中白色粉末5g于烧杯中，加入20ml二甲基亚砜溶解该白色粉末，随后将4.286g氯乙基异氰酸酯加入烧杯中，常温搅拌3h至溶液澄清，反应结束，得到混合液；在此步骤中，白色粉末与氯乙基异氰酸酯的反应摩尔比为1:1.2；
(3)将上述混合液缓慢滴入80ml二氯甲烷中，得到白色絮状沉淀，将其放入离心机中以6000rpm/min的转速离心5min，取出沉淀用少量二氯甲烷洗涤两遍，随后将沉淀用旋转蒸发仪在40℃下旋蒸1h，得到白色粉末8.915g；
(4)将步骤(3)中8.915g白色粉末与4.988g 1-乙烯基咪唑倒入250mL的三口烧瓶中，并加入60ml去离子水进行搅拌溶解，在70℃下反应40h，得到反应液；在此步骤中，白色粉末与1-乙烯基咪唑的反应摩尔比为1:1.5；
(5)将步骤(4)中冷却的反应液滴加到少量丙酮中，得到白色沉淀，用丙酮洗涤三遍后常温旋蒸1h，得到白色的两性离子单体粉末11.31g；
(6)取步骤(5)中白色的两性离子单体粉末0.4g，丙烯酰胺单体0.6g溶解在2g去离子水中，随后依次加入0.02g过硫酸铵与0.002g N,N,N’,N’-四甲基乙二胺，超声除去混合溶液中的气泡，将溶液倒入玻璃模具中，静置30min，形成水凝胶。在此步骤中，两性离子单体与丙烯酰胺单体的反应质量比为0.4:0.6；两种单体与水的质量比为1:2，与过硫酸铵的质量比为1:0.02，与N,N,N’,N’-四甲基乙二胺的质量比为1:0.002。
实施例6
(1)将25g牛磺酸、9.6g氢氧化钠颗粒，加入50ml去离子水中溶解，常温搅拌3h。反应结束后，放入冷冻干燥机中-60℃下冷冻干燥48h，得到白色粉末28.4g；在此步骤中，牛磺酸与氢氧化钠的反应摩尔比为1:1.2；
(2)取步骤(1)中白色粉末5g于烧杯中，加入20ml二甲基亚砜溶解该白色粉末，随后将3.93g氯乙基异氰酸酯加入烧杯中，常温搅拌3h至溶液澄清，反应结束，得到混合液；在此步骤中，白色粉末与氯乙基异氰酸酯的反应摩尔比为1:1.1；
(3)将上述混合液缓慢滴入80ml二氯甲烷中，得到白色絮状沉淀，将其放入离心机中以6000rpm/min的转速离心5min，取出沉淀用少量二氯甲烷洗涤两遍，随后将沉淀用旋转蒸发仪在40℃下旋蒸1h，得到白色粉末7.432g；
(4)将步骤(3)中7.432g白色粉末与5.55g 1-乙烯基咪唑倒入250mL的三口烧瓶中，并加入60ml去离子水进行搅拌溶解，在70℃下反应40h，得到反应液；在此步骤中，白色粉末与1-乙烯基咪唑的反应摩尔比为1:2；
(5)将步骤(4)中冷却的反应液滴加到少量丙酮中，得到白色沉淀，用丙酮洗涤三遍后常温旋蒸1h，得到白色的两性离子单体粉末11.26g；
(6)取步骤(5)中白色的两性离子单体粉末0.2g，丙烯酰胺单体0.8g溶解在3g去离子水中，随后依次加入0.03g过硫酸铵与0.001g N,N,N’,N’-四甲基乙二胺，超声除去混合溶液中的气泡，将溶液倒入玻璃模具中，静置30min，形成水凝胶。在此步骤中，两性离子单体与丙烯酰胺单体的反应质量比为0.2:0.8；两种单体与水的质量比为1:3，与过硫酸铵的质量比为1:0.03，与N,N,N’,N’-四甲基乙二胺的质量比为1:0.001。
对比例1
一种水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
将丙烯酸羟乙酯单体0.8g，丙烯酰胺单体0.2g溶解在1g去离子水中，随后依次加入0.01g过硫酸铵与0.003g N,N,N’,N’-四甲基乙二胺，超声除去混合溶液中的气泡，将溶液倒入玻璃模具中，静置30min，形成水凝胶。
对比例2
一种水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
将丙烯酸羟乙酯单体0.6g，丙烯酰胺单体0.4g溶解在1g去离子水中，随后依次加入0.02g过硫酸铵与0.003g N,N,N’,N’-四甲基乙二胺，超声除去混合溶液中的气泡，将溶液倒入玻璃模具中，静置30min，形成水凝胶。
对比例3
一种水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
将丙烯酸羟乙酯单体0.5g，丙烯酰胺单体0.5g溶解在1g去离子水中，随后依次加入0.01g过硫酸铵与0.005g N,N,N’,N’-四甲基乙二胺，超声除去混合溶液中的气泡，将溶液倒入玻璃模具中，静置30min，形成水凝胶。
从图2的压缩性能测试结果可以看出，对比例3所制备的水凝胶抗压性能远低于实施例3所制备的水凝胶。
在图3的抗硅藻实验可以看出，实施例3和对比例3所制备的水凝胶均比空白板的抗硅藻附着性能强，其中实施例3表面基本无硅藻附着。
将实施例3和对比例3所制备的水凝胶放入人工海水中进行溶胀测试，其结果如图4所示，实施例3所制备的水凝胶在浸泡10天后无明显溶胀，而对比例3所制备的水凝胶有明显胀大。
对比例4
一种水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
将丙烯酸羟乙酯单体0.8g，丙烯酰胺单体0.2g溶解在2g去离子水中，随后依次加入0.01g过硫酸铵与0.003g N,N,N’,N’-四甲基乙二胺，超声除去混合溶液中的气泡，将溶液倒入玻璃模具中，静置30min，形成水凝胶。
对比例5
一种水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
将丙烯酸羟乙酯单体0.4g，丙烯酰胺单体0.6g溶解在2g去离子水中，随后依次加入0.02g过硫酸铵与0.002g N,N,N’,N’-四甲基乙二胺，超声除去混合溶液中的气泡，将溶液倒入玻璃模具中，静置30min，形成水凝胶。
对比例6
一种水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
将丙烯酸羟乙酯单体0.2g，丙烯酰胺单体0.8g溶解在3g去离子水中，随后依次加入0.03g过硫酸铵与0.001g N,N,N’,N’-四甲基乙二胺，超声除去混合溶液中的气泡，将溶液倒入玻璃模具中，静置30min，形成水凝胶。
性能测试
对实施例1-6和对比例1-6提供的水凝胶进行性能测试，方法如下：
(1)力学性能：
拉伸性能测试：将样品制备为长度为10mm，宽度为4mm，厚度为2mm的哑铃型，使用万能材料试验机在室温下进行拉伸测试，拉伸初始长度为1cm，拉伸速率为10mm/min。
压缩性能测试：将样品制备为圆柱体形(直径为12mm，高度为20mm)，使用万能材料试验机在室温下进行压缩测试，压缩速率为3mm/min。
(2)抗粘附性能：
将水凝胶样品切成方块(2cmx2cm)，浸泡在人工海水里一周时间，使其达到溶胀平衡后，取出进行抗硅藻附着测试。将水凝胶样品浸泡在生长有硅藻的人工海水池中，浸泡一周后将样品取出，用去离子水冲刷后，通过光学显微镜观察水凝胶样品表面硅藻的附着情况。
(3)抗溶胀性能：
将水凝胶样品切割成直径12mm、厚度5mm的圆片，浸泡在人工海水中，10天后取出样品，拭干其表面水分，观察其直径变化。
Claims (9)
1.一种高强度抗溶胀抗粘附水凝胶，其特征在于所述高强度抗溶胀抗粘附水凝胶由离子液体单体和丙烯酰胺共聚而成，
制备该水凝胶的化学反应式如下：
2.如权利要求1所述的一种高强度抗溶胀抗粘附水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将牛磺酸与氢氧化钠反应，结束后冷冻干燥得到白色粉末，加入二甲基亚砜使之溶解，随后与氯乙基异氰酸酯反应，得到混合液；
(2)将上述混合液加入足量的二氯甲烷中，得到白色沉淀，用少量二氯甲烷洗涤后旋干，在水中溶解后与1-乙烯基咪唑反应，得到反应液；
(3)将上述反应液加入丙酮中，所得沉淀洗涤后常温旋干，得到白色的两性离子液体单体粉末；
(4)将两性离子液体单体粉末和丙烯酰胺单体溶解在水中，在过硫酸铵与N,N,N’,N’-四甲基乙二胺形成的氧化还原体系下催化共聚形成水凝胶。
3.如权利要求2所述的一种高强度抗溶胀抗粘附水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述牛磺酸与氢氧化钠的反应摩尔比为1:(1～1.2)；白色粉末与氯乙基异氰酸酯的反应摩尔比为1:(1～1.2)。
4.如权利要求2所述的一种高强度抗溶胀抗粘附水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述白色沉淀与1-乙烯基咪唑的反应摩尔比为1:(1～2)。
5.如权利要求2所述的一种高强度抗溶胀抗粘附水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述白色沉淀进行旋蒸的温度为30～40℃，时间为50～60min。
6.如权利要求2所述的一种高强度抗溶胀抗粘附水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述白色沉淀与1-乙烯基咪唑的反应温度为65～75℃，时间为40～50h。
7.如权利要求2所述的一种高强度抗溶胀抗粘附水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(4)中所述离子液体单体与丙烯酰胺单体的质量比为0.8:0.2或0.6:0.4或0.5:0.5或0.4:0.6或0.2:0.8；单体与水的质量比为1:(1～3)；单体与过硫酸铵的质量比为1:(0.01～0.03)；单体与N,N,N’,N’-四甲基乙二胺的质量比为1:(0.001～0.005)。
8.如权利要求2所述的一种高强度抗溶胀抗粘附水凝胶的制备方法，其特征在于所述两性离子液体单体(IL)结构式如下：
9.如权利要求2-8任一所述的制备方法制得的高强度抗溶胀抗粘附水凝胶的应用，其特征在于，应用于海洋防污以及生物医药。
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Citations (3)
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| CN105255291A (zh) * | 2015-11-25 | 2016-01-20 | 蓬莱蔚阳新材料有限公司 | 一种含聚离子液广谱型防污剂的环保海洋防污涂料及其制备工艺 |
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