阳离子型强吸水性且高耐盐性水凝胶及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种阳离子型强吸水性且高耐盐性水凝胶及其制备方法。所述方法为在搅拌条件下，向反应器中先加入单体DMDAAC溶液，再一次性加入引发剂、交联剂、金属离子络合剂和去离子水，通过程序升温，分段加热反应液，进行引发聚合反应，保温进行聚合反应和聚合反应熟化，得到PDMDAAC水凝胶胶状产物，产物在造粒以后，烘干得到PDMDAAC水凝胶固体颗粒。本发明专利技术制得的PDMDAAC水凝胶具有强吸水性和高耐盐性，常温条件下，在去离子水中吸水倍率为3800.00g/g以上，在生理盐水中吸水倍率为100.00g/g以上，单体转化率为91.32％。单体转化率为91.32％。

【技术实现步骤摘要】
阳离子型强吸水性且高耐盐性水凝胶及其制备方法


[0001]本专利技术属于阳离子型水凝胶的制备
，涉及一种阳离子型强吸水性且高耐盐性水凝胶及其制备方法。

技术介绍

[0002]水凝胶是一种由亲水性聚合物链组成并通过物理交联或化学交联而形成的材料，由于分子结构中含有高度亲水功能的基团，具有吸收自身重量的几百倍甚至几千倍的水的功能，而且保水能力也非常好，即使在加压的情况下也不易脱水。根据其高分子网络的带电性质，水凝胶大致分为电解质型和非电解质型。其中，根据正负电荷在交联网络结构中的分布，电解质型水凝胶又可分为阳离子型、阴离子型及两性离子型水凝胶等类型。对于阳离子型水凝胶，由于其网络中含有阳离子基团，不易受Na
+
、Ca
2+
和Mg
2+
等金属离子的影响，所以其耐盐性好。
[0003]二甲基二烯丙基氯化铵(Dimethyl Diallyl Ammonium Chloride，简称DMDAAC)作为一种多功能阳离子单体，由于其正电荷密度高、水溶性好、耐温性好、价格低廉和有一定杀菌作用等特点，其相关聚合物被广泛用作污水絮凝剂、石油添加剂、改性吸附剂、抗菌抑菌剂等产品。近年来，已见研究者将其应用在水凝胶合成当中，并对其功能进行了一系列探索。但是，大部分相关报道文献仅是涉及枝接改性、共聚等方面的直链和支链聚合物的合成，极少有对聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDMDAAC)水凝胶进行系统的研究。至今已有的相关文献报道如下。
[0004]文献1(任静,张扬,伊敏等.二甲基二烯丙基氯化铵的辐射聚合和性质研究[J].化学学报,2002(08):1507
‑
1512+1354.)，采用辐射聚合法制备了蒸馏水中吸水倍率为38g/g左右、单体转化率在60％左右的聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDMDAAC)水凝胶。具体步骤为：在50％的DADMAC溶液中加入1％(单体的摩尔百分数)的交联剂N,N
‑
亚甲基双丙烯酰胺(MBA)，待交联剂充分溶解后，通高纯氮15min除氧，并封口，再利用γ射线引发聚合，在辐射剂量达到21kGy后，取出凝胶，切成基本等高的小柱体，放入真空烘箱，在50℃下干燥至恒重，得到水凝胶固体颗粒。该文献中所合成的水凝胶产物吸水倍率较低且单体转化率较低。
[0005]文献2(李潇潇,陈林,郑康等.一种高相对分子质量微交联聚二甲基二烯丙基氯化铵的制备方法[P].安徽省:CN108239223A,2018
‑
07
‑
08.)，采用两步升温水溶液聚合法合成出特征黏度在1.50dL/g～4.00dL/g的高相对分子质量微交联聚二甲基二烯丙基氯化铵。具体步骤为：首先在常温搅拌状态下，向工业阳离子单体二甲基二烯丙基氯化铵中依次加入交联剂四烯丙基氯化铵(TAAC)、金属离子螯合剂二乙基三胺五乙酸钠和适量去离子水，并搅拌均匀，配得反应液；然后向反应液中通氮气除氧后，加入复合引发剂，继续搅拌，对搅拌均匀的反应液加热升温到35℃～50℃，至反应体系发粘后停止搅拌和通氮，保温反应1h～6h，最后继续升温至55℃～70℃，保温熟化反应2h～24h，得到微交联PDMDAAC可溶性胶体产物。
[0006]从上述可知，关于PDMDAAC均聚物水凝胶的研究报道还存在以下的缺陷：
[0007](1)至今为止，国内外对PDMDAAC均聚物水凝胶的研究报道极少，且仅有报道的水凝胶在蒸馏水中吸水倍率只有38g/g左右，单体转化率只有60％左右，由此可见，PDMDAAC均聚物水凝胶的吸水倍率和单体转化率有待进一步提高。
[0008](2)在水凝胶或微交联产物合成过程中，文献中多采用一步升温或两步升温的方式进行合成。其中，一步升温的方式不利于引发剂持续引发，一次性引发易造成“爆聚”，进一步，由于后续反应阶段体系中单体和引发剂浓度下降，导致残余单体难以反应完全，不利于提高整体的单体转化率，如果形成的是水凝胶，其网状结构因快速形成，缺少充分缠绕，导致网状结构简单，即使能够吸水，也不利于锁住所吸收的水分。然而，两步升温的方式虽然有改进，但是同样存在残余单体难以聚合完全、单体转化率提高有限、水凝胶吸水性能提高有限等问题。此外，微交联产物不属于吸水性树脂。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于制备一种阳离子型强吸水性且高耐盐性水凝胶及其制备方法。
[0010]实现本专利技术目的的技术解决方案为：
[0011]阳离子型强吸水性且高耐盐性水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
[0012]以工业单体二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)为原料，在搅拌条件下，向反应器中先加入单体DMDAAC溶液，再一次性加入引发剂、交联剂三烯丙基胺(TAA)、金属离子络合剂和去离子水，使单体的质量分数为64.0％～68.0％，引发剂占单体质量分数的0.25％～0.45％，通过程序升温，分段加热反应液，进行引发聚合反应，保温进行聚合反应和聚合反应熟化，温度分别为43.0℃～47.0℃、50.0℃～54.0℃和70.0℃～80.0℃，得到PDMDAAC水凝胶胶状产物，产物在造粒以后，经过烘干，得到PDMDAAC水凝胶固体颗粒。
[0013]优选地，所述的工业单体二甲基二烯丙基氯化铵的固含量为80.0％～82.0％。
[0014]优选地，所述的引发剂为过硫酸铵(APS)、过硫酸钠(NaPS)或过硫酸钾(KPS)。
[0015]优选地，所述的工业单体二甲基二烯丙基氯化铵的的质量分数为66.0％～68.0％。
[0016]优选地，所述的引发剂占单体质量分数为0.35％～0.45％。
[0017]优选地，所述的交联剂三烯丙基胺占单体质量分数为0.05％～0.15％，更优选为0.10％～0.15％。
[0018]优选地，所述的络合剂占单体质量分数为0.005％～0.010％。
[0019]优选地，所述的金属离子络合剂为乙二胺四乙酸四钠(Na4EDTA)或乙二胺四乙酸二钠(Na2EDTA)。
[0020]优选地，所述的保温、聚合、熟化时间均为(3.0
±
0.1)h。
[0021]本专利技术还提供上述制备方法制得的PDMDAAC水凝胶。
[0022]本专利技术与现有技术相比，其显著优点是：
[0023](1)本专利技术采用三烯丙基胺(TAA)为交联剂，一方面，三烯丙基胺空间位阻较小，且由于端位双键的存在，易于在交联过程中连接单体形成长链中的支链，并与另一长链相桥连，故其交联效率高。另一方面，由于三烯丙基胺三条支链都可以与单体长链中支链末端双键相互连接，从而使得水凝胶的网格结构立体化，有利于提高水凝胶吸水能力。同时，TAA在水中的溶解度较大，为2.5g/mL(在20℃条件下)，极易均匀分散在单体溶液体系中，不仅有
利于交联过程的均匀性进行，还有利于交联度的调控。
[0024](2)本专利技术采用三步升温的方式，在第一、二阶段温度下反应时，由于三烯丙基胺(TAA本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.阳离子型强吸水性且高耐盐性水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：以工业单体二甲基二烯丙基氯化铵为原料，在搅拌条件下，向反应器中先加入单体二甲基二烯丙基氯化铵溶液，再一次性加入引发剂、交联剂三烯丙基胺、金属离子络合剂和去离子水，使单体的质量分数为64.0％～68.0％，引发剂占单体质量分数的0.25％～0.45％，通过程序升温，分段加热反应液，进行引发聚合反应，保温进行聚合反应和聚合反应熟化，温度分别为43.0℃～47.0℃、50.0℃～54.0℃和70.0℃～80.0℃，得到PDMDAAC水凝胶胶状产物，产物在造粒以后，经过烘干，得到PDMDAAC水凝胶固体颗粒。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的工业单体二甲基二烯丙基氯化铵的固含量为80.0％～82.0％。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的引发剂为过硫酸铵、过硫酸钠或过硫酸钾。4.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：张跃军，胡政，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：