一种可拉伸胶体水凝胶的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种可拉伸胶体水凝胶的制备方法，属于材料科学领域，其特征在于，包括以下步骤：在水中按计量比加入丙烯酸和成核单体，通过无规分散共聚一步制备胶体水凝胶材料；本发明专利技术提出利用丙烯酸与成核单体的无规分散共聚制备可拉伸胶体水凝胶，仅通过一步无规共聚即可制备得到胶体水凝胶，所制备的胶体水凝胶具有优异的机械性能，尤其具有超高断裂伸长率和优异的循环机械性能，且具有海绵状疏松多孔结构，可用于染料吸附、污水处理、海水淡化等领域，可以通过调节的成核单体的种类获得不同尺寸的胶体颗粒，进而影响水凝胶的孔径尺寸和孔径表面积，满足不同的应用需要。满足不同的应用需要。满足不同的应用需要。

【技术实现步骤摘要】
一种可拉伸胶体水凝胶的制备方法


[0001]本专利技术属于材料科学领域，具体涉及一种可拉伸胶体水凝胶的制备方法。

技术介绍

[0002]胶体水凝胶是以微、纳米颗粒为基本单元，通过物理或化学交联，形成的具有精细微观结构和稳定宏观结构的软物质，已经广泛应用在油漆涂料、食品、化妆品、3D打印和生物医学工程等领域。
[0003]目前构筑胶体水凝胶的方法以为粒子失稳法为主，通过胶体粒子之间的静电相互作用等相互作用力，使原本稳定存在的纳米粒子失去稳定性，从而得到由胶体颗粒相互堆积而成的胶体水凝胶。但由于胶体颗粒间是通过弱物理相互作用彼此连接，因此使用粒子失稳法制得的胶体水凝胶往往机械性能较差并且不可进行拉伸，极大地限制了胶体水凝胶的应用。另一种方法是聚合诱导相分离法，在体系聚合的过程中原位发生微相分离形成胶体颗粒，随着聚合过程的进行继续粗化形成胶体水凝胶网络，相比于粒子失稳法，使用聚合诱导相分离法制得的水凝胶的机械强度得到了一定的提高，但存在结构不可控、不均匀等问题。因此，设计新的聚合方法，实现可拉伸胶体水凝胶的一步简单制备有着重要的实际意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种可拉伸胶体水凝胶的无规分散共聚制备方法。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0006]一种可拉伸胶体水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在水中按计量比加入丙烯酸和成核单体，通过无规分散共聚一步制备胶体水凝胶材料。
[0007]进一步的设置如下：
[0008]所述聚合体系中，成核单体可选自双丙酮丙烯酰胺、4
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羟基丁基丙烯酸酯、2
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羟丙基甲基丙烯酸酯、2
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丙烯酰胺甲基吡啶中的任意一种。
[0009]所述聚合体系中，丙烯酸和成核单体总浓度为1M～5M，该浓度由目标凝胶固含量决定。
[0010]所述聚合体系中，丙烯酸和成核单体的摩尔比为0.25～9；优选为0.25～1。
[0011]所述聚合体系中，其引发方式为热引发、光引发和氧化还原引发中的一种。优选为光引发方式，光引发剂选择光引发剂2959。
[0012]所述聚合体系中，反应温度为20℃～70℃，优选为25℃～30℃。
[0013]所述聚合体系中，反应时间为0.5h～12h，优选为0.5～2h。
[0014]本专利技术还提供由上述方法制备得到的胶体水凝胶。
[0015]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0016](1)本专利技术提出利用丙烯酸与成核单体的无规分散共聚制备可拉伸胶体水凝胶，仅通过一步无规共聚即可制备得到胶体水凝胶，材料合成简单易行，适合于工业放大生产；
[0017](2)本专利技术的聚合体系适用单体种类广泛，能够实现多种具有不同化学组成的胶体水凝胶材料的大量可控制备；
[0018](3)本专利技术制备得到的胶体水凝胶由球形微米颗粒连接形成，具有海绵状疏松多孔结构，可用于染料吸附、污水处理、海水淡化等领域；
[0019](4)本专利技术制备得到的胶体水凝胶具有优异的机械性能，尤其具有超高断裂伸长率和优异的循环机械性能。
[0020]以下结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步说明。
附图说明
[0021]图1为本专利技术胶体水凝胶的合成路线示意图；
[0022]图2为本专利技术实施例1制备的胶体水凝胶的光学照片；
[0023]图3为本专利技术实施例1制备的胶体水凝胶的应力应变曲线；
[0024]图4为本专利技术实施例1制备的胶体水凝胶的扫描电镜图片；
[0025]图5为本专利技术实施例1制备的胶体水凝胶的循环压缩应力
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应变曲线；
[0026]图6为本专利技术实施例2制备的胶体水凝胶的应力应变曲线；
[0027]图7为本专利技术实施例2制备的胶体水凝胶的扫描电镜图片；
[0028]图8为本专利技术实施例3制备的胶体水凝胶的应力应变曲线；
[0029]图9为本专利技术实施例3制备的胶体水凝胶的扫描电镜图片；
[0030]图10为本专利技术实施例4制备的胶体水凝胶的扫描电镜图片。
具体实施方式
[0031]下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干调整和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。
[0032]实施例1、聚(丙烯酸
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co
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双丙酮丙烯酰胺)胶体水凝胶的制备
[0033]称取1.08g丙烯酸和2.54g双丙酮丙烯酰胺加入干燥的圆底烧瓶中，加入10ml去离子水，搅拌至完全溶解后加入18mg光引发剂2959，搅拌混合均匀，冰浴通入氩气除氧20min。将反应液注入模具，25℃条件下在光强为10mW/cm2的紫外灯下辐照30min，得到聚(丙烯酸
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co
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双丙酮丙烯酰胺)胶体水凝胶。
[0034]产品检测：
[0035]万能试验机测试其拉伸断裂应力为65.6kPa，拉伸断裂应变为1130％，该水凝胶可被压缩至98％应变而不被破坏，98％应变下的压缩强度为7.3MPa。
[0036]实施例1所制备的聚(丙烯酸
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co
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双丙酮丙烯酰胺)胶体水凝胶的光学照片如图2所示。
[0037]实施例1所制备的聚(丙烯酸
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co
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双丙酮丙烯酰胺)胶体水凝胶的应力应变曲线如图3所示。
[0038]实施例1所制备的聚(丙烯酸
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co
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双丙酮丙烯酰胺)胶体水凝胶的扫描电镜图片如图4所示。
[0039]本专利技术实施例1中胶体水凝胶的循环压缩应力
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应变曲线如图5所示。
[0040]替换例：
[0041]制备方法同实施例1，区别在于：调整反应的单体摩尔比、单体浓度，并测试其对产品性能的影响，如表1所示。
[0042]表1、原料摩尔比和单体浓度对产品性能的影响
[0043][0044][0045]分析：
[0046]如表1所示，不同的单体摩尔比、单体浓度，对于产品性能均有显著影响，具体是：
[0047](1)结合实施例1
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1～实施例1
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3所示，固定丙烯酸和双丙酮丙烯酰胺的摩尔投料比为1.5，随着单体总浓度由2M提高至5M，制得的胶体水凝胶拉伸断裂应力为由17.4kPa提高至82.1kPa，拉伸断裂应变基本保持不变，水凝胶98％应变下的压缩强度由2.9MPa提升至6.1MPa。
[0048](2)结合实施例1和实施例1
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2、实施例1
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4对比可以发现，固定单体浓度为3M，随着丙烯酸和双丙酮丙烯酰胺的投本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可拉伸胶体水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在水中按计量比加入丙烯酸和成核单体，通过无规分散共聚一步制备胶体水凝胶材料。2.根据权利要求1所述的一种可拉伸胶体水凝胶的制备方法，其特征在于：所述聚合体系中，成核单体可选自双丙酮丙烯酰胺、4
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羟基丁基丙烯酸酯、2
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羟丙基甲基丙烯酸酯、2
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丙烯酰胺甲基吡啶中的任意一种。3.根据权利要求1所述的一种可拉伸胶体水凝胶的制备方法，其特征在于：所述聚合体系中，丙烯酸和成核单体总浓度为1M～5M。4.根据权利要求1所述的一种可拉伸胶体水凝胶的制备方法，其特征在于：所述聚合体系中，丙烯酸和成核单体的摩尔比为0.25～9。5.根据权利要求4所述的一种可拉伸胶体水凝...

【专利技术属性】
技术研发人员：霍猛，朱瑞雪，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：