本发明专利技术公开了一种高吸水率水凝胶，由重量百分比为4％～12％聚乙烯醇、70％～90％水、5％～20％水溶性单体、0.04％～0.4％引发剂和0.03％～0.3％交联剂的原料制成，该高吸水率水凝胶具有无色透明的外观特征、吸水率高且易加工成膜。本发明专利技术还公开了一种高吸水率水凝胶的制备方法，包括：在机械搅拌、氮气保护条件下，将聚乙烯醇溶解于部分水中，加入第一水溶性单体和部分引发剂，在70～80℃下反应1～2h后，再加入剩余水、第二水溶性单体、剩余引发剂和交联剂后，聚合2～4h后升温至85～95℃，保温0.5～1.5h后降至室温，得到高吸水率水凝胶，具有可操作性强、可控性好、易于工业化实施等优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及聚合物的合成与改性领域，具体涉及。
技术介绍
水凝胶是一种能够在水中溶胀、吸收并保持大量水分而又不溶解于水的具有三维网络结构的亲水性交联聚合物。水凝胶具有相对固定的形状，内部的水分子尽管被束缚于凝胶网络中，但仍具有一定的活动性。水凝胶这种体系的特殊结构类似于生物体的构造，因而具有类似生物体系的行为。水凝胶具有良好的生物相容性，与被固定化的酶或细胞之间只有微弱的作用，能使固定在水凝胶中的生物分子保持较长时间的活性。由于水凝胶具有独特的物理和化学性质，它们被广泛应用于食品加工与保存、农林用保水剂、妇女和儿童的卫生用品、工业用的分离浓缩材料、除水剂、建筑业用的防漏密封材料以及医用敷料等各种用途的功能材料。水凝胶种类繁多，根据组成的高分子来源不同，可分为天然高分子水凝胶和合成高分子水凝胶。天然高分子水凝胶主要有淀粉系列(淀粉接枝、羧甲基化淀粉等)、纤维素系列(纤维素接枝、羧甲基化纤维素等)、蛋白质系列(大豆蛋白类、丝蛋白类等)、其他天然物及其衍生物系列(果胶、藻酸盐、壳聚糖等)。合成高分子水凝胶主要有聚丙烯酸及其衍生物类、聚丙烯酰胺及其衍生物类、聚乙烯醇类、聚乙烯基吡咯烷酮类、聚环氧化物类等。 合成高分子水凝胶如聚丙烯酸及其衍生物类因其分子量高，价格便宜且吸水性能强而备受瞩目，用途最为广泛。水凝胶的制备方式主要有水溶液聚合、反相悬浮聚合、辐射聚合等。反相悬浮聚合需要使用有机溶剂，易造成环境污染，生产上需增加溶剂回收装置，而产品可能会有少量溶剂残留，另外，聚合反应温度控制不灵敏时，易发生爆炸事故；辐射聚合所得的高分子具有较高的纯度，聚合反应可以在低温和固相下进行，且较易控制，但是辐射作用无选择性，会使反应比较复杂，同时需提高专门的辐射发生装置，而辐射对人体健康有很大的危害作用。 综合成本、安全、环保等方面的考虑，水溶液聚合是比较适合水凝胶制备的。机械强度低和难于加工操作是目前的水凝胶的两大显著缺点，因此有必要对水凝胶进行材料改性设计，同时可以提高水凝胶的吸水率。聚合物共混是材料改性的一种重要手段，已成为改性聚合物材料的一种卓有成效的途径，近年来日益引起兴趣和重视。聚合物共混按制备方法分为物理方法和化学方法两种。物理方法根据参与共混物料的形态而又分为机械共混法、溶液共混法和乳液共混法。化学方法包括利用接枝、嵌段共聚-共混法制备聚合物共混物和利用互穿聚合物网络(IPN)法形成互穿网络聚合物共混物。物理法应用最早，工艺操作方便，比较经济，至今仍占重要地位。化学法制备的聚合物共混物性能较为优越，近几年发展较为迅速。水凝胶的两大缺点，决定了其不易采用物理方法改性。而现有技术中，采用的化学改性的方法制备的水凝胶通常也都存在吸水率不高、 难加工的技术缺陷，需要进一步提高水凝胶性能。因此，如何采用化学改性的方法，设计合成具有高吸水率、易加工的水凝胶，具有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术提供了ー种高吸水率水凝胶，该高吸水率水凝胶具有无色透明的外观特 征、吸水率高且易加工成膜。ー种高吸水率水凝胶，由以下重量百分比的原料制成聚乙烯醇4% 12% ；水70% 90%;水溶性单体5% 20%;引发剂0.04% 0.4%;交联剂0. 03 % 0. 3 % ；所述的水溶性単体由第一水溶性単体和第二水溶性单体组成，所述的第一水溶性 単体和第二水溶性単体相同或不同。为了得到更好的专利技术效果，对本专利技术进行优选所述的高吸水率水凝胶由以下重量百分比的原料制成聚乙烯醇4. 15% 5. 3%;水78% 84%;水溶性单体11% 17%;引发剂0.09% 0.15%;交联剂0.08% 0.17%。本专利技术对聚乙烯醇的聚合度没有严格的要求，可选用市售产品，如聚合度在 500 3000的聚乙烯醇。在本专利技术中，对水溶性単体的重量百分比有严格的要求，水溶性単体采用为 11% 17%的重量百分比吋，制备的高吸水率水凝胶具有特別高的吸水率。所述的第一水溶性単体为丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯酸-2-羟基乙酷、 丙烯酸-2-羟基丙酷、甲基丙烯酸-2-羟基乙酷、甲基丙烯酸-2-羟基丙酯中的ー种或者两 种以上；所述的第二水溶性単体为丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯酸-2-羟基乙酷、丙 烯酸-2-羟基丙酷、甲基丙烯酸-2-羟基乙酷、甲基丙烯酸-2-羟基丙酯中的ー种或者两 种以上。所述的第一水溶性単体和第二水溶性単体都具有较多的亲水性基团如-C00H、-0H 等，且在水中具有较大的溶解度。一方面，第一水溶性単体和第二水溶性単体具有较多亲水 性基团，亲水性基团可以与水分子形成氢键，有助于提高最终高吸水率水凝胶产品的吸水 速率；另ー方面，水凝胶的制备优选水溶液聚合方式，为使聚合反应均勻，反应的单体须在 水中具有良好的溶解性，即必须是水溶性単体，否则会影响水凝胶的最终性能。所述的引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠中的ー种或者两种以上。自由基聚 合的引发剂是易分解成自由基的化合物，结构上具有弱键，其离解能为100 170kJ/mol， 远低于C-C键能350kJ/mol，引发剂多数是偶氮类和过氧类化合物，如偶氮ニ异丁腈、偶氮 ニ异庚腈、叔丁基过氧化氢、过氧化ニ异丙苯、过氧化ニ苯甲酰、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧 化ニ碳酸ニ环几酯、过硫酸钾、过硫酸铵等。引发剂的选择需从聚合方法、聚合温度、对聚合 物性能的影响和储运稳定性等多方面来考虑。聚合方法是首要依据，对于本专利技术的水溶液聚合反应，应选择水溶性引发剂，如过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠等中的一种或者两种以上，有利于本专利技术的水溶液聚合反应的进行。所述的交联剂为N，N'-亚甲基双丙烯酰胺、N，N'-亚甲基双甲基丙烯酰胺、聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、乙二醇二丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯中的一种或两种以上。水凝胶的网络结构对吸水性能起决定作用，所吸收的水主要是被束缚在网络结构内部。据测定，当网格的有效链长为10-9 IO-Sm时，水凝胶具有最大的吸水率。通常，未经交联的水凝胶基本上没有吸水功能，而少量交联后，吸水率会急剧增加，但是，达到一定程度后又会随着交联密度的增加而下降。为了提高本专利技术高吸水率水凝胶的吸水率，需要使用交联剂，考虑到强亲水性基团如-COOH在水凝胶中的促吸水作用，选用上述的交联剂，并对交联剂的量进行了严格的限定，使得本专利技术高吸水率水凝胶的交联密度保持在合适的范围。本专利技术还提供了一种高吸水率水凝胶的制备方法，以聚乙烯醇为基础，通过接枝、 嵌段共聚-共混和IPN互穿网络聚合的手段，采用溶液聚合的方式完成高吸水率水凝胶的制备。所述的高吸水率水凝胶的制备方法，包括如下步骤在机械搅拌和氮气保护条件下，将聚乙烯醇溶解于部分水中，加入第一水溶性单体和部分引发剂，在70°C 80°C下反应Ih 池后，再加入剩余水、第二水溶性单体、剩余引发剂和交联剂后，在70°C 80°C聚合2h 4h后升温至85°C 95°C，保温0. 5h 1. 5h 后降至15°C 35°C，得到高吸水率水凝胶。所述的水溶性单体可以分两次加入，第一水溶性单体与之后加的第二水溶性单体可以选用相同种类或者不同种类的，如第一水溶性单体选用甲基丙烯酸-2-羟基乙酯和丙烯酸，第二水溶性单体选用丙烯酸，这时水溶性单体为丙烯酸和甲基丙烯本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：高建青，夏国龚，韩旻，李平，
申请(专利权)人：浙江大学，常州市南方卫生器材厂有限公司，
类型：发明
国别省市：
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