一种化学交联型改性聚丙烯基可降解水凝胶及其制法制造技术

本发明专利技术涉及水凝胶技术领域，且公开了一种化学交联型改性聚丙烯基可降解水凝胶，包括以下配方原料及组分：改性纳米纤维素、丙烯酸、交联剂、引发剂、聚乙烯醇。该一种化学交联型改性聚丙烯基可降解水凝胶，NaIO

【技术实现步骤摘要】
一种化学交联型改性聚丙烯基可降解水凝胶及其制法
本专利技术涉及水凝胶
，具体为一种化学交联型改性聚丙烯基可降解水凝胶及其制法。
技术介绍
水凝胶是一类极为亲水的三维网络结构凝胶，水凝胶的亲水性和吸水性能很强，可以在水中迅速溶胀而不溶解，并且在溶胀状态下可以保持大量体积的水，水凝胶中存在交联网络，水的吸收量与交联度有关，交联度越高，吸水量越低，水含量可以低到百分之几，也可以高达百分之九十九，凝胶的聚集态既不是完全的固体，也不是完全的液体，其固体行为是可以保持一定的体积和形状，其液体行为是溶质可以从水凝胶中渗透或扩散。水溶性或亲水性的高分子，可以通过一定的化学交联或物理交联形成水凝胶，物理水凝胶是通过静电作用、氢键、链的缠绕等物理作用力形成的，这种凝胶是非永久性的，加热状态下固体水凝胶可转变为液体溶液，化学凝胶是由化学键交联形成的三维网络聚合物，是永久性的水凝胶，分为天然高分子水凝胶和合成高分子水凝胶，天然的亲水性高分子包括淀粉、纤维素等多糖类；胶原、聚L-谷胺酸等多肽类，合成的亲水高分子包括醇、丙烯酸及其衍生物类等，水凝胶作为一种高吸水高保水材料，在化妆品面膜、农用薄膜、石油化工堵水调剂、矿业抑尘剂、食品保鲜剂、医疗药物载体等方面具有广泛的应用、其中聚丙烯酸基水凝胶是一种很常见的水凝胶材料，但是聚丙烯酸基水凝胶的强度较低、韧性较差，机械性能普遍不高，并且聚丙烯酸基合成高分子水凝胶不具有降解性能，会对环境造成严重污染。(一)解决的技术问题针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种化学交联型改性聚丙烯基可降解水凝胶及其制法，解决了聚丙烯酸基水凝胶的强度和韧性较差的问题，同时解决了聚丙烯酸基水凝胶不具有降解性能的问题。(二)技术方案为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种化学交联型改性聚丙烯基可降解水凝胶，包括以下按重量份数计的配方原料及组分：10-27份改性纳米纤维素、58-65份丙烯酸、2-6份交联剂、1-3份引发剂、12-16份聚乙烯醇。优选的，所述交联剂为N,N'-亚甲基双丙烯酰胺，引发剂为过硫酸钾。优选的，所述改性纳米纤维素制备方法包括以下步骤：(1)向反应瓶中加入浓硫酸溶液，加入纳米纤维素，将反应瓶置于搅拌式恒温水浴锅中，加热至50-60℃，匀速搅拌反应1-2h，将溶液离心分离除去硫酸溶液，固体产物超声分散均匀后，置于透析袋中加入蒸馏水，进行透析除杂过程，将活化纳米纤维素置于蒸馏水溶剂中，超声分散均匀，加入氧化剂NaIO4，将反应瓶置于搅拌式恒温水浴锅中，加热至50-60℃，匀速搅拌反应5-8h，将溶液真空干燥除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到醛基化纳米纤维素。(2)向反应瓶中加入丙酮溶剂，加入醛基化纳米纤维素和丙烯酰胺，超声分散均匀后，加入缩合剂二环己基碳二亚胺，将溶液倒入全自动高压反应釜中，加热至120-140℃，匀速搅拌反应10-15h，将溶液冷却至室温，减压浓缩除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到丙烯基化的改性纳米纤维素。优选的，所述活化纳米纤维素和氧化剂NaIO4的质量比为1:2.5-3.5。优选的，所述醛基化纳米纤维素、丙烯酰胺和缩合剂二环己基碳二亚胺的质量比为1:5-8:10-15。优选的，所述搅拌式恒温水浴锅包括锅体、锅体内部固定连接有保温层、保温层的底部固定连接有旋转装置，旋转装置的上方与轴承活动连接，轴承的中心活动连接有转轴，转轴与旋转扇片固定连接，旋转扇片的上表面活动连接有磁铁石，锅体的上方设置有反应瓶过孔，锅体上方的两端固定连接有支架、支架与移动杆活动连接，移动杆活动连接有调节阀、移动杆的一端固定连接有调节螺母，调节螺母与固定夹活动连接。优选的，所述化学交联型改性聚丙烯基可降解水凝胶制备方法包括以下步骤：(1)向反应瓶中加入蒸馏水溶剂、10-27份改性纳米纤维素、58-65份丙烯酸和2-6份交联剂N,N'-亚甲基双丙烯酰胺，将反应瓶置于恒温水浴锅中，加热至75-90℃，匀速搅拌反应1-2h，再加入1-3份引发剂过硫酸钾，匀速搅拌反应4-8h，向溶液中加入12-16份聚乙烯醇，并置于低温恒温仪中，在零下20-零下30℃冷冻处理5-8h，在30-40℃下解冻，加入氯化钙至溶液饱和，超声分散均匀后，重复冷冻-解冻过程2-3次，将溶液真空干燥除去溶剂，固体产物置于透析袋中加入蒸馏水进行透析除杂过程，制备得到化学交联型改性聚丙烯基可降解水凝胶。(三)有益的技术效果与现有技术相比，本专利技术具备以下有益的技术效果：该一种化学交联型改性聚丙烯基可降解水凝胶，以NaIO4为氧化剂，将活化的纳米纤维素进行选择性氧化，将部分的羟基氧化成醛基，再以二环己基碳二亚胺为缩合剂，醛基与丙烯酰胺中的氨基发生缩合反应，得到丙烯基化的改性纳米纤维素，改性纳米纤维素中的烯基和丙烯酸中的烯基，通过自由基缩合反应，形成纳米纤维素接枝的聚丙烯酸水凝胶，使纳米纤维素通过化学键的交联，与聚丙烯酸有机结合形成温稳定的化学水凝胶，纳米纤维素的加入显著增强了聚丙烯酸水凝胶的韧性和拉伸强度等机械性能。该一种化学交联型改性聚丙烯基可降解水凝胶，使用冰冻冻融法，通过Ca2+与聚乙烯醇中的羟基，以及聚丙烯酸中纳米纤维素中的羟基形成离子交联，将聚乙烯醇和聚丙烯酸交联起来，形成复合水凝胶材料，增强了水凝胶材料的交联度，同时聚乙烯醇和纳米纤维素具有优异的生物降解性，水凝胶复合材料长期暴露在野外，水凝胶基体会被生物降解，减少了环境污染，复合绿色化学理念和可持续发展观。附图说明图1是搅拌式恒温水浴锅正面示意图；图2是固定夹调节示意图。1、锅体；2、保温层；3、旋转装置；4、轴承；5、转轴；6、旋转扇片；7、磁铁石；8、反应瓶过孔；9、支架；10、移动杆；11、调节阀；12、调节螺母；13、固定夹。具体实施方式为实现上述目的，本专利技术提供如下具体实施方式和实施例：一种化学交联型改性聚丙烯基可降解水凝胶，包括以下按重量份数计的配方原料及组分：10-27份改性纳米纤维素、58-65份丙烯酸、2-6份交联剂、1-3份引发剂、12-16份聚乙烯醇，交联剂为N,N'-亚甲基双丙烯酰胺，引发剂为过硫酸钾。改性纳米纤维素制备方法包括以下步骤：(1)向反应瓶中加入浓硫酸溶液，加入纳米纤维素，将反应瓶置于搅拌式恒温水浴锅中，搅拌式恒温水浴锅包括锅体、锅体内部固定连接有保温层、保温层的底部固定连接有旋转装置，旋转装置的上方与轴承活动连接，轴承的中心活动连接有转轴，转轴与旋转扇片固定连接，旋转扇片的上表面活动连接有磁铁石，锅体的上方设置有反应瓶过孔，锅体上方的两端固定连接有支架、支架与移动杆活动连接，移动杆活动连接有调节阀、移动杆的一端固定连接有调节螺母，调节螺母与固定夹活动连接，加热至50-60℃，匀速搅拌反应1-2h，将溶液离心分离除去硫酸溶液，固体产物超声分散均匀后，置于透析袋中加入蒸馏水，进行透析除杂过程，将活化纳米纤维素置于蒸馏水溶剂中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种化学交联型改性聚丙烯基可降解水凝胶，包括以下按重量份数计的配方原料及组分，其特征在于：10-27份改性纳米纤维素、58-65份丙烯酸、2-6份交联剂、1-3份引发剂、12-16份聚乙烯醇。/n

【技术特征摘要】
1.一种化学交联型改性聚丙烯基可降解水凝胶，包括以下按重量份数计的配方原料及组分，其特征在于：10-27份改性纳米纤维素、58-65份丙烯酸、2-6份交联剂、1-3份引发剂、12-16份聚乙烯醇。


2.根据权利要求1所述的一种化学交联型改性聚丙烯基可降解水凝胶，其特征在于：所述交联剂为N,N'-亚甲基双丙烯酰胺，引发剂为过硫酸钾。


3.根据权利要求1所述的一种化学交联型改性聚丙烯基可降解水凝胶，其特征在于：所述改性纳米纤维素制备方法包括以下步骤：
(1)向浓硫酸溶液中加入纳米纤维素，将溶液在搅拌式恒温水浴锅中，加热至50-60℃，反应1-2h，将溶液除去硫酸溶液，固体产物超声分散均匀后，置于透析袋中加入蒸馏水，进行透析除杂过程，将活化纳米纤维素置于蒸馏水溶剂中，超声分散均匀，加入氧化剂NaIO4，将溶液在搅拌式恒温水浴锅中，加热至50-60℃，反应5-8h，除去溶剂，洗涤并干燥，制备得到醛基化纳米纤维素；
(2)向丙酮溶剂中加入醛基化纳米纤维素和丙烯酰胺，超声分散均匀后，加入缩合剂二环己基碳二亚胺，将溶液倒入全自动高压反应釜中，加热至120-140℃，反应10-15h，将溶液冷、减压浓缩、洗涤固体产物并干燥，制备得到丙烯基化的改性纳米纤维素。


4.根据权利要求3所述的一种化学交联型改性聚丙烯基可降解水凝胶，其特征在于：所述活化纳米纤维素和氧化剂NaIO4的质量比为1:2.5-3.5。

【专利技术属性】
技术研发人员：匡英柳，
申请(专利权)人：匡英柳，
类型：发明
国别省市：江西;36