本發(fā)明涉及高分子材料領(lǐng)域，具體為制備高性能水凝膠及其制備方法。

背景技術(shù)：

水凝膠是指由親水性高分子經(jīng)物理、化學(xué)交聯(lián)后形成的三維網(wǎng)狀高分子聚合物。由于水凝膠自身的親水性、良好的滲透性和優(yōu)異的生物相容性，近年來(lái)在生物組織培養(yǎng)和藥物控釋等領(lǐng)域受到廣泛的關(guān)注。傳統(tǒng)方法利用小分子交聯(lián)劑合成的水凝膠機(jī)械性能差，受到外力作用易發(fā)生破碎，制約著水凝膠的工業(yè)應(yīng)用。在水凝膠的實(shí)際應(yīng)用中，除了優(yōu)異的機(jī)械性能外，還需要其他特性，例如缺口不敏感性，自修復(fù)性，形狀記憶功能，強(qiáng)吸水性等，因此制備多功能的水凝膠依然是難以解決的問(wèn)題。

乳液聚合是指用水或其它液體介質(zhì)的乳液中，按膠束機(jī)理或低聚物機(jī)理，生成彼此孤立的乳膠粒，在其中進(jìn)行加聚，生成高聚物的一種方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的運(yùn)用乳液聚合合成一種球形聚合物刷，并以此電解質(zhì)刷作為一種新型的大分子交聯(lián)劑用于水凝膠的合成。

本發(fā)明的具體技術(shù)方案是：

一種多性能水凝膠，該水凝膠具有規(guī)則的內(nèi)部三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，孔徑在8-20微米。

進(jìn)一步的，所述水凝膠的斷裂伸長(zhǎng)率達(dá)到9100％。

進(jìn)一步的，所述水凝膠的可承受壓強(qiáng)為1.75mpa。

進(jìn)一步的，所述吸水溶脹率超過(guò)2000。

本發(fā)明還提出了一種多性能水凝膠的合成方法，取0.1-2gps-paa球形聚合物刷溶于水配成0.01-1wt％的水溶液，并取該溶液0.1-1ml，丙烯酸0.2-2ml，水0.3-2ml，光引發(fā)劑0.02-0.3g，混合于玻璃模具，并超聲5-40min后，放置于紫外燈下照射10-120min后得到水凝膠。

進(jìn)一步的，所述的ps-paa聚合物刷是0.5-1.5g。

進(jìn)一步的，所述聚合物刷溶于水配成0.1-0.5wt％的水溶液，取該水溶液0.2-0.5ml,丙烯酸0.3-1ml，水0.3-1ml，光引發(fā)劑0.05-0.1g，混合于玻璃模具，并超聲10-30min后，放置于紫外燈下照射20-80min后得到水凝膠。

進(jìn)一步的，所述ps-paa球形聚合物刷是如下合成方法合成的，

(1)乳液聚合法合成ps核:1-8g(優(yōu)選2-5g)苯乙烯單體，0.01-1g(優(yōu)選0.05-0.5g)十二烷基磺酸鈉(sds)，0.01-1g(優(yōu)選0.02-0.1g)過(guò)硫酸鉀，20-150ml(優(yōu)選30-100ml)去離子水于三口燒瓶中，機(jī)械攪拌。反應(yīng)溫度調(diào)節(jié)至283-373k(優(yōu)選303-363k)，0.5-3h(優(yōu)選1-2h)后降溫至273-323k(優(yōu)選273-303k)，將0.05-2g(優(yōu)選0.1-0.5g)光引發(fā)劑溶液加入恒壓滴液漏斗中并以0.05-2ml/min(優(yōu)選0.3-1ml)的速度緩慢滴加到反應(yīng)體系中，滴加完畢后，繼續(xù)反應(yīng)0.5-3h(優(yōu)選1-2h)；

(2)在上述ps核表面均勻接入聚丙烯酸鏈(paa):稱(chēng)取0.1-2g(優(yōu)選0.5-1.5g)ps核乳液，稀釋到固含量為0.01-1％(優(yōu)選0.05-0.5％)，再按ps核固含量的50-100％(優(yōu)選60-80％)稱(chēng)取丙烯酸，加入到燒瓶中，打開(kāi)紫外燈及冷凝水，反應(yīng)1-5h(優(yōu)選1.5-3h)，反應(yīng)結(jié)束，得到ps-paa球形聚合物刷。

多性能水凝膠應(yīng)用于催化反應(yīng)(以丙烯酸含量為70％的s0.1a0.7水凝膠為例)：

取0.01-1g(優(yōu)選0.02-0.5g)水凝膠放置于500ml燒杯中，同時(shí)加入20-200ml(優(yōu)選50-150ml)0.05-0.2m(優(yōu)選0.1-0.15m)agno3水溶液，室溫下攪拌35-60h(優(yōu)選40-50h)，以完成銀離子的吸附。用去離子水多次洗滌水凝膠后，放置于50-200ml(優(yōu)選100-150ml)0.1-1m(優(yōu)選0.3-0.6m)nabh4水溶液中，氮?dú)夤呐莩鋈ト芤褐械难鯕?，在氮?dú)夥諊拢３质覝鼐徛龜嚢?-20h(優(yōu)選10-15h)，完成銀離子的還原反應(yīng)。之后取負(fù)載完納米銀粒子的水凝膠0.01-1g(優(yōu)選0.04-0.08g)，加入20-100ml(優(yōu)選30-60ml)0.1-0.5m(優(yōu)選0.2-04m)nabh4和20-100ml(優(yōu)選30-60ml)0.001-0.005m(優(yōu)選0.002-0004m)對(duì)硝基苯酚溶液中，每隔1-4min(優(yōu)選2-3min)進(jìn)行紫外測(cè)試。用于催化還原對(duì)硝基苯酚的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，該水凝膠作為催化劑載體負(fù)載銀納米粒子以后表現(xiàn)出較高的催化活性，且該催化劑易于回收和利用。

附圖說(shuō)明

圖1水凝膠合成示意圖；

圖2水凝膠的內(nèi)部結(jié)構(gòu)掃描電鏡圖(以丙烯酸含量為50wt％的水凝膠為例)；

圖3水凝膠的內(nèi)部結(jié)構(gòu)掃描電鏡圖(以丙烯酸含量為50wt％的水凝膠為例)；

圖4水凝膠的內(nèi)部結(jié)構(gòu)掃描電鏡圖(以丙烯酸含量為50wt％的水凝膠為例)；

圖5實(shí)施例1～5的五種不同丙烯酸含量水凝膠的拉伸性能測(cè)試曲線圖；

圖6實(shí)施例1～5的五種不同丙烯酸含量水凝膠的壓縮性能測(cè)試曲線圖；

圖7實(shí)施例1～5的五種不同丙烯酸含量水凝膠的缺口不敏感性測(cè)試圖；

圖8實(shí)施例1～5的五種不同丙烯酸含量水凝膠吸水性能測(cè)試曲線圖；

圖9水凝膠作為催化劑載體負(fù)載銀納米粒子后催化性能曲線圖。

具體實(shí)施方式

球形聚合物刷(ps-paa)的合成

(1)乳液聚合法合成ps核:2g苯乙烯單體，0.1g十二烷基磺酸鈉(sds)，0.03g過(guò)硫酸鉀，50ml去離子水于三口燒瓶中，機(jī)械攪拌。反應(yīng)溫度調(diào)節(jié)至333k，1h后降溫至298k，將0.2g光引發(fā)劑溶液加入恒壓滴液漏斗中并以0.5ml/min的速度緩慢滴加到反應(yīng)體系中，滴加完畢后，繼續(xù)反應(yīng)1h。

(2)在上述ps核表面均勻接入聚丙烯酸鏈(paa):稱(chēng)取1gps核乳液，稀釋到固含量為0.1％，再按ps核固含量的100％稱(chēng)取丙烯酸，加入到燒瓶中，打開(kāi)紫外燈及冷凝水，反應(yīng)1.5h，反應(yīng)結(jié)束。

多性能水凝膠的制備(如圖1所示)：

取1g上述合成的聚合物刷(ps-paa)溶于水配成(0.1wt％)的水溶液，并取一定含量的該聚合物溶液，丙烯酸，水，光引發(fā)劑(具體含量配比見(jiàn)下表)混合于玻璃模具，并超聲20min后，放置于紫外燈下照射30min后得到水凝膠。

下表是實(shí)施例1～5的五種不同丙烯酸含量的水凝膠組分含量

多性能水凝膠應(yīng)用于催化反應(yīng)(以丙烯酸含量為70％的s0.1a0.7水凝膠為例)

取0.044g水凝膠放置于500ml燒杯中，同時(shí)加入100ml0.1magno3水溶液，室溫下攪拌48h，以完成銀離子的吸附。用去離子水多次洗滌水凝膠后，放置于100ml0.5mnabh4水溶液中，氮?dú)夤呐莩鋈ト芤褐械难鯕?，在氮?dú)夥諊拢３质覝鼐徛龜嚢?2h，完成銀離子的還原反應(yīng)。之后取負(fù)載完納米銀粒子的水凝膠0.048g，加入50ml0.216mnabh4和50ml0.00216m對(duì)硝基苯酚溶液中，每隔3min進(jìn)行紫外測(cè)試。

本發(fā)明多性能水凝膠結(jié)構(gòu)表征和性能測(cè)試

圖2-圖4對(duì)該水凝膠(以丙烯酸含量為50％的水凝膠s0.1a0.5為例)的內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的掃描電鏡圖表明，該水凝膠具有規(guī)則的內(nèi)部三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，孔徑大約在8-20微米。

圖5拉伸性能測(cè)試數(shù)據(jù)表明，該水凝膠具有良好的拉伸性能，最高的斷裂伸長(zhǎng)率可以達(dá)到9100％(丙烯酸含量為30％的s0.1a0.3水凝膠)。

圖6壓縮性能測(cè)試數(shù)據(jù)表明，該水凝膠也具備良好的抗壓縮性能，最高可承受的壓強(qiáng)可到1.75mpa(丙烯酸含量為30％的s0.1a0.3水凝膠)。

圖7缺口不敏感性測(cè)試數(shù)據(jù)表明，這五種水凝膠都具有缺口不敏感性的性能。

圖8吸水性能測(cè)試數(shù)據(jù)表明，該水凝膠具備極好的吸水性能，最大的吸水溶脹率可以超過(guò)2000(丙烯酸含量為30％的s0.1a0.3水凝膠)。

圖9將該水凝膠作為催化劑載體負(fù)載銀納米粒子，用于催化還原對(duì)硝基苯酚的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，該水凝膠作為催化劑載體負(fù)載銀納米粒子以后表現(xiàn)出較高的催化活性，且該催化劑易于回收和利用。