CN105592865A - 水凝胶纤维及其制备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种聚合物纤维和聚合物光纤(POF)，其中所述聚合物为水凝胶。本发明还提供了一种制备吸水性和高吸水性丙烯酸酯聚合物纤维和聚合物光纤的方法，并且提供了根据本发明的方法制备的封装、生物可降解、可再生和功能性水凝胶纤维和水凝胶光纤。

Description

水凝胶纤维及其制备

技术领域

本发明提供了一种聚合物纤维和聚合物光纤(POF)，其中所述聚合物为水凝胶。本发明还提供了一种制备吸水性和高吸水性丙烯酸酯聚合物纤维和聚合物光纤的工艺，并且提供了根据本发明的工艺制备的封装、生物可降解、可再生和功能性水凝胶纤维和水凝胶光纤。

发明背景

现代纤维业是大型企业并且纤维可用于多种应用。聚合物纤维占世界纤维市场中最大的部分并且用于制备纺织材料、无纺材料、无纺布，如抹布、尿布、工业服装、医疗卫生服装或过滤服装。

吸水性聚合物或水凝胶是亲水性、不溶于水的聚合物链的大分子网络，具有借助于带电粒子的氢键结合或水合吸收水状流体的能力。聚合物基体如果可以吸收多于其原始重量的20％的水，则被称为水凝胶。与水介质接触，水凝胶膨胀到一定程度，这主要由水凝胶网络交联密度、聚合物的电荷等决定。聚合物链间的交联形成三维网络并且防止聚合物无限膨胀，即溶解。交联可以通过共价键，或静电、疏水性或偶极-偶极相互作用形成。这是由于网络的弹性回缩力引起，并且伴随有链的熵下降，因为它们从其最初卷曲状态变得更硬。亲水性是由于沿着聚合物链的亲水性基团，如羟基、羧基、酰胺和磺酸基的存在引起。

高吸水剂是极轻微交联并且可以吸收和保持大量水(高达其自身重量的500倍)的水凝胶。早期的高吸水剂由化学改性淀粉和纤维素及其它聚合物如聚(乙烯醇)PVA、聚(环氧乙烷)PEO制成，其全部为亲水性并且对水具有高亲和力。

为了确保聚合物基体更高的水膨胀率，其往往由带电单体，如之后可以中和的丙烯酸钠制成。

由于水凝胶最初成功用于隐形眼镜中，水凝胶应用流传甚广。

目前水凝胶在组织工程学中用作支架，其中它们可容纳要修复缺损组织的细胞。环境敏感型水凝胶可以感测pH、温度或代谢产浓度的变化，所以由于此类变化，它们可以释放其负载。对特定分子(例如葡萄糖或抗原)起反应的水凝胶可以用作生物传感器和用作生物活性剂和农业化学品的控释递送***。

大多数已知的水凝胶和吸水性纤维由亲水性合成单体(例如丙烯酰胺、丙烯腈)和改性天然聚合物网络(例如纤维素)制成。水凝胶纤维(包括高吸水性纤维)通过溶剂或溶液聚合法制成。

期望光纤对环境影响不敏感以便确保用于通信目的的光信号波导不受干扰。通常光纤具有两层保护涂层，包层和护套层，以便使其对环境不敏感。由于其吸水，水凝胶对温度、压力和pH高度敏感。由于其对环境影响的高度敏感性，基于水凝胶的光纤可用作高度敏感性探测器，用于感测光信号中的特定干扰。

通常，通过常规工艺制备的水凝胶由于缺乏均匀性而具有相当高的散射，这导致水凝胶的外观为乳白色。制备水凝胶纤维的常规工艺需要多个步骤并且获得的纤维以不同方式进一步处理以便具有膨胀能力。预计此类工艺会产生不大可能用作光纤的非均匀性纤维。

越来越多的环境问题和正在进行的减少挥发性有机化合物排放的立法已经成为过去30年开发辐射固化涂料之后的主要动力。辐射固化，包括紫外线(UV-固化)和电子束(EB)固化技术，由于和其它传统的固化方法相比，是提高生产率的清洁绿色技术，现在越来越多地用于各种应用中。这种技术现一般用于进行保护涂层、清漆、印刷油墨和粘合剂的快速干燥，并且用于产生微电路和印刷板制造中所需的高清晰度图像。因此，辐射固化可用于聚合，提供快速化学反应、空间分辨率、环境温度操作、无溶剂制剂和低能耗。

紫外线固化油墨、涂层、粘合剂、硅酮并且尤其是涂层提供了在大多数应用的成功中极为重要的突出物理化学性质。在柔版印刷业中已经成功地采用紫外线固化十几年，因为与基于溶剂或水的油墨***相比，其提供了突出的印刷质量。

与纤维相关的UV固化技术的应用之一是光学玻璃纤维的UV涂层。通常在此类纤维上涂覆两层UV涂层：内部软涂层和外部硬涂层。常常此类涂层着色，以便区分不同类型的玻璃纤维。尽管着色，UV涂层线也具有巨大的产量，允许玻璃以高速，通常为约35m/秒(2100m/min)的两级涂层。

美国专利3,940,542描述了一种基于聚氨酯化学生产水凝胶纤维的方法。描述的工艺为两步法。首先使用苯作为溶剂生产聚氨酯预聚物，接着向苯-己烷浴中使用湿纺法生产纤维。在这个专利中广泛使用了溶剂。

美国专利4,873,143描述了一种由改性丙烯腈(AN)纤维生产水凝胶纤维的方法。根据US4,873,143，在30％声学苏打溶液中煮沸AN纤维10分钟，接着用硫酸中和含声学苏打溶液的纤维。

美国专利5,582,786和美国专利6,436,323描述了一种使用两步法由预制丙烯酸聚合物38％水溶液生产吸水性(水凝胶)纤维的方法，其包括合成聚合物，接着进行纤维纺丝。纤维纺丝以干纺模式进行，这需要急剧加热以便蒸发所有水并且随后进行聚合物的交联。

本发明涉及通过辐射，特别是使用紫外线和可见光辐射制备吸水性聚合物纤维和纳米纤维。本发明还涉及根据本发明的工艺制备的水凝胶光纤，该光纤可具有高均匀性和透明度。

发明概述

在一个实施方案中，本发明涉及一种聚合物光纤(POF)，其中所述聚合物为水溶液吸收性聚合物。在另一实施方案中，纤维以低于约4％摩尔交联密度交联。在另一实施方案中，水溶液吸收性聚合物具有高达250％w/w的吸水量。

在一个实施方案中，本发明涉及一种聚合物纤维，其中所述聚合物为水溶液吸收性聚合物。在另一实施方案中，纤维以低于约4％摩尔交联密度交联。在另一实施方案中，水溶液吸收性聚合物具有高达2000％w/w的吸水量。

在另一实施方案中，纤维以低于约4％摩尔交联密度交联。

在一个实施方案中，本发明涉及一种制备水溶液吸收性聚合物纤维的方法，其包括以下步骤：

(i)提供单体或低聚混合物，其中所述单体或低聚混合物包含通过辐射聚合的亲水性单体或低聚体；

(ii)任选加热或冷却所述单体或低聚混合物，以获得最佳粘度；

(iii)通过喷丝头模具或任何其它喷嘴装置不断泵送所述单体或低聚混合物；及

(iv)用辐射源不断辐射所述单体或低聚混合物，其中形成所述水溶液吸收性聚合物纤维。

在一个实施方案中，本发明涉及一种制备水溶液吸收性聚合物光纤(POF)的方法，其包括以下步骤：

(i)提供单体或低聚混合物，其中所述单体或低聚混合物包含通过辐射聚合的亲水性单体或低聚体；

(ii)任选加热或冷却所述单体或低聚混合物，以获得最佳粘度；

(iii)通过喷丝头模具或任何其它喷嘴装置不断泵送所述单体或低聚混合物；及

(iv)用辐射源不断辐射所述单体或低聚混合物，其中形成所述聚合物光纤；并且

其中所述聚合物为水溶液吸收性聚合物。

在另一实施方案中，所述方法无溶剂。在另一实施方案中，单体或低聚混合物不包含带电单体或低聚体。在另一实施方案中，单体或低聚混合物包含带电单体或低聚体。在另一实施方案中，单体或低聚混合物还包含溶剂。在另一实施方案中，溶剂为水。在另一实施方案中，溶剂的量高达混合物的20％w/w。在另一实施方案中，溶剂的量高达混合物的5％w/w。在另一实施方案中，水溶液吸收性聚合物纤维具有高达2000％w/w的吸水量。在另一实施方案中，水溶液吸收性聚合物光纤(POF)具有高达250％w/w的吸水量。在另一实施方案中，聚合物为热固性聚合物。

在另一实施方案中，本发明涉及根据本发明的方法制备的聚合物光纤(POF)。

附图简述

在说明书的结论部分特别指出并且清楚地要求保护视为本发明的主题。然而，参考以下详述，当和附图一起阅读时，可以最好地理解关于组织和操作方法的本发明，连同其目的、特征和优点，附图中：

图1描绘了使用UV固化技术生产水溶液吸收性聚合物纤维的原理图描述。

图2描绘了根据实施例1(1号实验)制备的干燥水凝胶纤维的光学显微镜图像。

图3描绘了根据实施例1(1号实验)制备的水凝胶纤维，在纤维吸水膨胀后的光学显微镜图像。根据该图膨胀后的纤维直径为649微米。

图4描绘了在体液应用特定的3个不同温度下，本发明的纤维的吸水能力。

图5描绘了在纤维芯中均匀的纤维横截面的SEM图片。此类纤维用作光纤。

应认识到，为了简单清楚地说明，图中所示要素没有必要按比例绘制。例如，为了清楚起见，一些要素的尺寸可相对于其它要素放大。进一步地，认为适当时，图中参考数字可重复以指示相应或类似的要素。

发明详述

在以下详述中，阐述了许多具体细节以便提供对本发明的透彻理解。然而，本领域技术人员应理解，无需这些具体细节也可以实践本发明。在其它情况下，尚未详细描述公知的方法、程序和组分，以致不使本发明含糊不清。

本发明涉及水溶液吸收性聚合物纤维，其在一个实施方案中为水凝胶光纤。在另一实施方案中，聚合物光纤的芯包含水凝胶。在另一实施方案中，聚合物光纤的芯基本上由水凝胶组成。本发明还涉及一种新的无溶剂、环境友好且快速的生产此类纤维的方法。在另一实施方案中，这种方法包括使用少量溶剂，在一个实施方案中溶剂为水。在另一实施方案中，按反应混合物的约20％w/w的量，在另一实施方案中，按约5％w/w的量添加溶剂。

在一个实施方案中，本发明涉及一种制备水溶液吸收性聚合物光纤(POF)的方法，其包括以下步骤：

(i)提供单体或低聚混合物，其中所述单体或低聚混合物包含通过辐射聚合的亲水性单体或低聚体；

(ii)任选加热或冷却所述单体或低聚混合物，以获得最佳粘度；

(iii)通过喷丝头模具或任何其它喷嘴装置不断泵送所述单体或低聚混合物；及

(iv)用辐射源不断辐射所述单体或低聚混合物，其中形成所述聚合物光纤；并且

其中所述聚合物为水溶液吸收性聚合物。

在另一实施方案中，制备POF的辐射步骤在室温下进行。在另一实施方案中，辐射步骤在低温(10-20℃)下进行。在另一实施方案中，辐射步骤在高温(30-60℃)下进行。在另一实施方案中，聚合物光纤具有高达250％w/w的吸水量(WU)。在另一实施方案中，所述亲水性单体或低聚体不带电。在另一实施方案中，所述方法无溶剂。

在一个实施方案中，本发明涉及一种制备水溶液吸收性聚合物纤维的方法，其包括以下步骤：

(i)提供单体或低聚混合物，其中所述单体或低聚混合物包含通过辐射聚合的亲水性单体或低聚体；

(ii)任选加热或冷却所述单体或低聚混合物，以获得最佳粘度；

(iii)通过喷丝头模具或任何其它喷嘴装置不断泵送所述单体或低聚混合物；及

(iv)用辐射源不断辐射所述单体或低聚混合物，其中形成所述水溶液吸收性聚合物纤维。

在另一实施方案中，制备水溶液吸收性聚合物纤维的辐射步骤在室温下进行。在另一实施方案中，辐射步骤在低温(10-20℃)下进行。在另一实施方案中，辐射步骤在高温(30-60℃)下进行。在另一实施方案中，聚合物纤维具有高达2000％w/w的吸水量(WU)。在另一实施方案中，所述单体或低聚混合物包含带电单体。

优选地，本文描述的方法无溶剂。无溶剂方法对于制备水凝胶POF，并且当单体/低聚混合物不包括带电单体/低聚体时尤其优选。此类POF，通常具有不高于250％w/w的吸水量(WU)。

在另一实施方案中，为了制备具有较高吸水量(WU)并且不再是POF的水凝胶纤维，需要使用一定量的带电单体/低聚体(例如丙烯酸钠)。所需带电单体/低聚体的量在一些实施方案中介于约10％和约80％w/w之间；更优选介于约30％和约60％w/w之间；最优选介于约40％和约55％w/w之间。在另一实施方案中，带电单体或低聚体的量为约40％w/w。在另一实施方案中，带电单体或低聚体的量为约55％w/w。当使用带电单体或低聚体时，为溶解带电化合物(例如丙烯酸钠)，少量极性溶剂是必需的。因此，在一个实施方案中，本文描述的用于制备水凝胶纤维的方法还包括在步骤(i)后向混合物中添加少量溶剂的步骤。在另一实施方案中，按约50％w/w的量向混合物中添加溶剂。在另一实施方案中，按约20％w/w的量向混合物中添加溶剂。在另一实施方案中，按约5％w/w的量向混合物中添加溶剂。在另一实施方案中，按约3％w/w的量向混合物中添加溶剂。在另一实施方案中，按约1％w/w的量向混合物中添加溶剂。在另一实施方案中，按介于约3％和约20％w/w之间的量向混合物中添加溶剂。在另一实施方案中，所述方法不涉及使用有机溶剂。

在另一实施方案中，本文描述的方法涉及使用极性溶剂。在另一实施方案中，溶剂为质子极性溶剂。质子极性溶剂的非限制性实例包括：水、正丁醇、异丙醇、正丙醇、乙醇、甲醇、乙酸、硝基甲烷和甲酸。在另一实施方案中，本文描述的方法涉及使用非质子极性溶剂。非质子极性溶剂的非限制性实例包括：二氯甲烷(DCM)、四氢付娜(THF)、乙酸乙酯、丙酮、二甲基甲酰胺(DMF)、乙腈(MeCN)、二甲亚砜(DMSO)和丙烯碳酸酯。在另一实施方案中，溶剂为水。

在一个实施方案中，本发明涉及一种生产水凝胶聚合物光纤(POF)的方法，其包括以下步骤：

(i)提供可互溶的单官能和多官能单体或低聚体；

(ii)在无溶剂的情况下混合单官能单体或低聚体和多官能单体或低聚体，以形成无溶剂溶液；

(iii)通过喷丝头模具或任何其它喷嘴装置泵送所述单官能和多官能单体或低聚体；

(iv)将溶液暴露于将引发自由基聚合的能量源，从而产生交联水凝胶聚合物光纤。

在另一实施方案中，生产水凝胶POF的方法还包括在步骤(ii)之后，添加少量溶剂，以便完全溶解单体或低聚体的步骤。在另一实施方案中，所述单体或低聚体不包含带电单体或低聚体。

在另一实施方案中，本发明涉及一种生产水凝胶纤维的方法，其包括以下步骤：

(i)提供可部分互溶的单官能和多官能单体或低聚体；

(ii)在无溶剂的情况下混合单官能单体或低聚体和多官能单体或低聚体，以形成无溶剂溶液；并且添加少量溶剂，以便完全溶解单体或低聚体；

(iii)通过喷丝头模具或任何其它喷嘴装置泵送所述单官能和多官能单体或低聚体；

(iv)将溶液暴露于将引发自由基聚合的能量源，从而产生交联聚合物。

在另一实施方案中，用于制备水凝胶纤维的所述单体或低聚体包含带电单体或低聚体。在另一实施方案中，带电单体或低聚体的量介于约5％和约80％w/w之间。在另一实施方案中，带电单体或低聚体的量介于约20％和约70％w/w之间。在另一实施方案中，带电单体或低聚体的量介于约30％和约60％w/w之间。在另一实施方案中，带电单体或低聚体的量介于约40％和约55％w/w之间。在另一实施方案中，带电单体或低聚体的量为约40％w/w。在另一实施方案中，带电单体或低聚体的量为约55％w/w。

在另一实施方案中，添加到混合物中的溶剂的量介于约1％和50％w/w之间。在另一实施方案中，添加到混合物中的溶剂的量介于约3％和20％w/w之间。在另一实施方案中，添加到混合物中的溶剂的量介于约3％和10％w/w之间。在另一实施方案中，添加到混合物中的溶剂的量介于约5％和10％w/w之间。在另一实施方案中，添加到混合物中的溶剂的量介于约3％和5％w/w之间。在另一实施方案中，添加到混合物中的溶剂的量为约50％w/w。在另一实施方案中，添加到混合物中的溶剂的量为约20％w/w。在另一实施方案中，添加到混合物中的溶剂的量为约10％w/w。在另一实施方案中，添加到混合物中的溶剂的量为约5％w/w。在另一实施方案中，添加到混合物中的溶剂的量为约3％w/w。在另一实施方案中，添加到混合物中的溶剂的量为约1％w/w。在另一实施方案中，溶剂为极性溶剂。在另一实施方案中，溶剂为质子极性溶剂。在另一实施方案中，溶剂为非质子极性溶剂。在另一实施方案中，所述方法不涉及使用有机溶剂。在另一实施方案中，溶剂为水。

在另一实施方案中，水凝胶纤维为聚合物光纤(POF)。在另一实施方案中，聚合物光纤的芯包含水凝胶。在另一实施方案中，聚合物光纤的芯基本上由水凝胶组成。

在本文中，术语“溶剂”是指除单体或低聚体外，能够溶解一种或多种单体或低聚体的物质。如本文所定义的术语溶剂，包括稀释剂。

术语“无溶剂”溶液是指如以上所定义的没有溶剂的溶液。

短语“少量溶剂”是指小于混合物中组分的总量的量的溶剂，即高达50％w/w的量；优选，高达20％w/w的量；最优选，高达5％w/w的量。

短语“单官能单体或低聚体”是指仅含有一个可以参与自由基聚合的不饱和碳-碳键的单体或低聚体。单官能单体或低聚体的非限制性实例为丙烯酸、丙烯酸钠、丙烯酰吗啉、丙烯酸羟乙酯等。

术语“多官能单体或低聚体”是指含有两个或更多个可以参与自由基聚合的不饱和碳-碳键的单体或低聚体。多官能单体或低聚体的非限制性实例为三乙二醇二乙烯基醚、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、脂肪族聚氨酯三丙烯酸酯等。

术语“可溶”是指其中第一材料溶于第二材料，以致形成溶液的情况。如本文所用，如果第一材料易于溶于第二材料中，无需过度使用热、压力或物理搅拌，则第一材料可溶于第二材料。

术语“聚合物光纤(POF)”是指由聚合材料或塑性材料制成的光纤。POF有机聚合物用作纤维芯。在一个实施方案中，根据本发明的聚合物光纤的芯包含水凝胶。在另一实施方案中，根据本发明的聚合物光纤的芯基本上由水凝胶组成。在另一实施方案中，根据本发明的POF的包层包含水凝胶。在另一实施方案中，根据本发明的POF的包层基本上由水凝胶组成。在另一实施方案中，根据本发明的POF没有纤维包覆层。

术语“水溶液吸收性”、“吸水性”、“吸水膨胀”或“水凝胶”可交换使用，并且是指相对于其自身质量，可以吸收并保持大量水溶液或水的化合物。在另一实施方案中，根据本发明的水凝胶POF不含包覆层。水溶液吸收性聚合物和交联时被归类为水凝胶的吸水性聚合物通过与水分子的氢键结合而吸收水溶液。根据本发明的水凝胶聚合物纤维的吸水量可高达2000％w/w。为POF的水凝胶纤维的吸水量可高达250％w/w。

术语“室温”是指控温建筑内部的温度，该温度是在20℃(68°F或293K)至25℃(77°F或298K)范围内的温度。

在另一实施方案中，本发明的水溶液吸收性聚合物纤维是吸水性聚合物纤维。在另一实施方案中，本发明的水溶液吸收性聚合物纤维是水凝胶纤维。在另一实施方案中，本发明的纤维是光纤。在另一实施方案中，本发明的纤维是聚合物光纤(POF)。在另一实施方案中，吸水性聚合物是高吸水性聚合物(SAP)。在另一实施方案中，辐射源为紫外(UV)光。

在一个实施方案中，本发明涉及通过在无溶剂的情况下混合一种或多种单官能单体或低聚体与一种或多种多官能单体或低聚体以形成无溶剂溶液而制备高吸收性聚合物纤维(水凝胶纤维)的方法。

在另一实施方案中，可向无溶剂混合物中进一步添加少量溶剂，以便完全溶解单体或低聚体。在另一实施方案中，添加到混合物中的溶剂的量介于约1％和50％w/w之间。在另一实施方案中，添加到混合物中的溶剂的量介于约3％和20％w/w之间。在另一实施方案中，添加到混合物中的溶剂的量介于约3％和10％w/w之间。在另一实施方案中，添加到混合物中的溶剂的量介于约5％和10％w/w之间。在另一实施方案中，添加到混合物中的溶剂的量介于约3％和5％w/w之间。在另一实施方案中，添加到混合物中的溶剂的量为约50％w/w。在另一实施方案中，添加到混合物中的溶剂的量为约20％w/w。在另一实施方案中，添加到混合物中的溶剂的量为约10％w/w。在另一实施方案中，添加到混合物中的溶剂的量为约5％w/w。在另一实施方案中，添加到混合物中的溶剂的量为约3％w/w。在另一实施方案中，添加到混合物中的溶剂的量为约1％w/w。在另一实施方案中，溶剂为极性溶剂。在另一实施方案中，溶剂为非质子极性溶剂。在另一实施方案中，溶剂为质子极性溶剂。在另一实施方案中，所述方法不涉及使用有机溶剂。在另一实施方案中，溶剂为水。在配方中必须存在至少一种多官能单体或低聚体。在另一实施方案中，混合物中的所有单体或低聚体均为多官能性。在混合物中可存在带电单官能或多官能单体或低聚体，量为30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％或70％w/w。

为促进聚合工艺，在将混合物暴露于能量源之前，任选地向单体或低聚体的混合物添加自由基引发剂。选择单官能单体或低聚体、多官能单体或低聚体和光引发剂(自由基引发剂)，使其可以互溶。在另一实施方案中，如果单官能单体或低聚体和多官能单体或低聚体仅部分互溶，则添加少量溶剂。在另一实施方案中，在纤维生产之前，使用已知除气法任选地从溶液中去除氧气。可用于引发自由基聚合的典型能量源为紫外(UV)光。在另一实施方案中，制备根据本发明的水溶液高吸收性聚合物纤维(水凝胶纤维)的方法导致均匀透明纤维的形成。在另一实施方案中，所述方法导致水凝胶聚合物光纤(POF)的形成。

在一个实施方案中，本发明的聚合物纤维的性质由单体、低聚体、组合物混合物的粘度和纤维中的交联密度决定。

在一个实施方案中，单体或低聚混合物包括单官能单体或低聚体、多官能单体或低聚体或其组合。

在一个实施方案中，形成交联网络作为将容易吸收水溶液的固体纤维。形成的纤维可保持完整或经研磨以作为粉末使用。这样形成的聚合物的吸收能力取决于使用的单体或低聚体的化学性质和单官能单体或低聚体与多官能单体或低聚体的摩尔比或重量比(交联比)。此外，可通过改变引发剂的量、溶液暴露于能量源的强度和/或时间长度和/或溶液中氧气的量而调节所述工艺。

本发明描述的纤维的直径可受许多参数影响，如喷丝头/模孔尺寸、制剂的粘度和本领域技术人员已知的参数。

在一个实施方案中，根据本发明的干纤维(吸水膨胀之前)的典型直径为500μm。在另一实施方案中，直径为512μm。在另一实施方案中，直径介于约30μm和约1000μm之间。在另一实施方案中，直径介于约300μm和约700μm之间。在另一实施方案中，直径介于约300μm和约400μm之间。在另一实施方案中，直径介于约400μm和约500μm之间。在另一实施方案中，直径介于约500μm和约600μm之间。在另一实施方案中，直径介于约400μm和约600μm之间。在另一实施方案中，直径介于约300μm和约600μm之间。在另一实施方案中，直径介于约400μm和约700μm之间。在另一实施方案中，直径为约350μm。在另一实施方案中，直径为约450μm。在另一实施方案中，直径为约550μm。在另一实施方案中，直径为约600μm。在另一实施方案中，纤维为POF。

在一个实施方案中，根据本发明的水凝胶纤维在膨胀后的典型直径为650μm。在另一实施方案中，水凝胶纤维在膨胀后的直径为649μm。在另一实施方案中，膨胀后的直径介于约50μm和约2000μm之间。在另一实施方案中，膨胀后的直径介于约400μm和约1000μm之间。在另一实施方案中，膨胀后的直径介于约400μm和约600μm之间。在另一实施方案中，膨胀后的直径介于约600μm和约800μm之间。在另一实施方案中，膨胀后的直径介于约800μm和约1000μm之间。在另一实施方案中，膨胀后的直径介于约600μm和约2000μm之间。在另一实施方案中，膨胀后的直径介于约1000μm和约2000μm之间。在另一实施方案中，膨胀后的直径介于约500μm和约700μm之间。在另一实施方案中，膨胀后的直径为约400μm。在另一实施方案中，膨胀后的直径为约500μm。在另一实施方案中，膨胀后的直径为约600μm。在另一实施方案中，膨胀后的直径为约650μm。在另一实施方案中，膨胀后的直径为约700μm。在另一实施方案中，膨胀后的直径为约750μm。在另一实施方案中，膨胀后的直径为约800μm。在另一实施方案中，膨胀后的直径为约1000μm。在另一实施方案中，膨胀后的直径为约2000μm。在另一实施方案中，纤维为POF。

在一个实施方案中，根据向纤维中添加的水的量，吸水膨胀期间根据本发明的典型纤维的直径增加多达其值的10％。在另一实施方案中，直径增加多达20％。在另一实施方案中，直径增加多达40％。在另一实施方案中，直径增加多达60％。在另一实施方案中，直径增加多达80％。在另一实施方案中，直径增加多达100％。在另一实施方案中，直径增加多达120％。在另一实施方案中，直径增加多达140％。在另一实施方案中，直径增加多达200％。在另一实施方案中，直径增加多达400％。在另一实施方案中，直径增加多达1000％。在另一实施方案中，纤维为POF。

术语“高吸水性聚合物”(SAP)是指相对于其自身质量，可以吸收并保持极大量的液体的聚合物。术语还指能够容易地在水中吸收其自身重量的至少50％的交联聚合物。SAP吸水的能力是水溶液离子浓度的因数。在去离子和蒸馏水中，SAP可吸收其重量的500倍(其自身体积的30-60倍)并且可以变成99.9％液体，但是当放入0.9％盐水溶液中时，吸收率可能降到其重量的50倍。总吸收率和膨胀能力受用于制备凝胶的交联剂的类型和程度控制。低密度交联SAP通常具有较高的吸收能力并且膨胀到更大的程度。高交联密度聚合物表现出较低的吸收能力并且膨胀，但是凝胶强度是稳固并且甚至在适度压力下也可以保持纤维形状。

术语“吸水能力”是指在10分钟内水凝胶吸收的水的量，并且用以下方程式表示：

$WU=\frac{Wt-W0}{W0}\·100\%$

其中

WU-吸水能力(即，吸水量)

W_o-干燥水凝胶纤维的重量

W_t-膨胀水凝胶纤维的重量。

在室温下此类水凝胶光纤的最佳吸水量为至少10％并且不超过纤维重量的500％。更高的吸水量是可能的，然而导致折射率大幅降低并且因此，导致从纤维漏光(水的折射率为1.33；本发明的水凝胶纤维的折射率介于约1.45和1.59之间)。

在一个实施方案中，根据本发明的水凝胶纤维的吸水能力介于其自身重量的20％和40％之间。在另一实施方案中，根据本发明的水凝胶纤维的吸水能力介于其自身重量的40％和60％之间。在另一实施方案中，根据本发明的水凝胶纤维的吸水能力介于其自身重量的40％和80％之间。在另一实施方案中，根据本发明的水凝胶纤维的吸水能力介于其自身重量的60％和100％之间。在另一实施方案中，根据本发明的水凝胶纤维的吸水能力介于其自身重量的100％和200％之间。在另一实施方案中，根据本发明的水凝胶纤维的吸水能力介于其自身重量的120％和140％之间。在另一实施方案中，根据本发明的水凝胶纤维的吸水能力介于其自身重量的200％和400％之间。在另一实施方案中，根据本发明的水凝胶纤维的吸水能力介于其自身重量的20％和200％之间。在另一实施方案中，根据本发明的水凝胶纤维的吸水能力介于其自身重量的20％和400％之间。在另一实施方案中，根据本发明的水凝胶纤维的吸水能力介于其自身重量的20％和2000％之间。在另一实施方案中，根据本发明的水凝胶纤维的吸水能力介于其自身重量的400％和2000％之间。在另一实施方案中，根据本发明的水凝胶纤维的吸水能力介于其自身重量的1000％和2000％之间。在另一实施方案中，根据本发明的水凝胶纤维的吸水能力为其自身重量的20％。在另一实施方案中，根据本发明的水凝胶纤维的吸水能力为其自身重量的40％。在另一实施方案中，根据本发明的水凝胶纤维的吸水能力为其自身重量的60％。在另一实施方案中，根据本发明的水凝胶纤维的吸水能力为其自身重量的80％。在另一实施方案中，根据本发明的水凝胶纤维的吸水能力为其自身重量的100％。在另一实施方案中，根据本发明的水凝胶纤维的吸水能力为其自身重量的120％。在另一实施方案中，根据本发明的水凝胶纤维的吸水能力为其自身重量的130％。在另一实施方案中，根据本发明的水凝胶纤维的吸水能力为其自身重量的140％。在另一实施方案中，根据本发明的水凝胶纤维的吸水能力为其自身重量的800％。在另一实施方案中，根据本发明的水凝胶纤维的吸水能力为其自身重量的900％。在另一实施方案中，根据本发明的水凝胶纤维的吸水能力为其自身重量的1000％。在另一实施方案中，根据本发明的水凝胶纤维的吸水能力为其自身重量的1500％。在另一实施方案中，根据本发明的水凝胶纤维的吸水能力为其自身重量的2000％。在另一实施方案中，纤维为POF。在另一实施方案中，根据本发明的水凝胶POF的吸水能力介于其自身重量的20％和250％之间。

在一个实施方案中，根据本发明的水凝胶聚合物光纤的吸水量高达纤维重量的250％；或在另一实施方案中，高达200％；或在另一实施方案中，高达150％.。在另一实施方案中，根据本发明的水凝胶聚合物光纤的吸水量介于约50％和约250％之间。在另一实施方案中，根据本发明的水凝胶聚合物光纤的吸水量介于约20％和约200％之间。在另一实施方案中，根据本发明的水凝胶聚合物光纤的吸水量介于约95％和约150％之间。

在另一实施方案中，根据本发明的水凝胶纤维的吸水量介于约50％和约2000％之间。在另一实施方案中，根据本发明的水凝胶纤维的吸水量介于约800％和约2000％之间。在另一实施方案中，根据本发明的水凝胶纤维的吸水量介于约20％和约1850％之间。在另一实施方案中，根据本发明的水凝胶纤维的吸水量介于约100％和约1000％之间。在另一实施方案中，根据本发明的水凝胶纤维的吸水量为至少20％；或在另一实施方案中，为至少50％；在另一实施方案中，为至少150％；在另一实施方案中，为至少400％；在另一实施方案中，为至少800％；在另一实施方案中，为至少1500％。

在另一实施方案中，吸水量高达250％的纤维为水凝胶POF。在另一实施方案中，吸水量高达2000％的纤维为水凝胶纤维。

在一个实施方案中，术语“一”或“一个”或“一种”是指至少一个。在一个实施方案中，“约”或“大约”可包含与所示范围的1％，或在一些实施方案中-1％，或在一些实施方案中±2.5％，或在一些实施方案中±5％，或在一些实施方案中±7.5％，或在一些实施方案中±10％，或在一些实施方案中±15％，或在一些实施方案中±20％，或在一些实施方案中±25％的偏差。

在一个实施方案中，本发明的方法中使用的单体/低聚混合物包括单官能单体/低聚体、多官能单体/低聚体或其组合。

在另一实施方案中，在未固化组合物中包括的本发明的方法中使用的单官能和/或多官能单体或低聚体的量可广泛变化，并且可根据所需纤维的性能需求和单体或低聚体相对较高的粘度而限制。在另一实施方案中，按特定组合物的总重量计，单体或低聚体以范围高达约90重量％的量存在于未固化组合物中。在另一实施方案中，按特定组合物的总重量计，单体或低聚体以约10重量％至约80重量％的量存在于未固化组合物中。在另一实施方案中，按特定组合物的总重量计，单体或低聚体以约30重量％至约70重量％的量存在于未固化组合物中。在另一实施方案中，按特定组合物的总重量计，单体或低聚体以约60重量％至约95重量％的量存在于未固化组合物中。在另一实施方案中，按特定组合物的总重量计，单体或低聚体以约65重量％至约90重量％的量存在于未固化组合物中。在另一实施方案中，按特定组合物的总重量计，单体或低聚体以约40重量％至约99重量％的量存在于未固化组合物中。在另一实施方案中，按特定组合物的总重量计，单体或低聚体以约40重量％至约60重量％的量存在于未固化组合物中。在另一实施方案中，按特定组合物的总重量计，单体或低聚体以约95％的量存在于未固化组合物中。

许多不同的单官能单体/低聚体和多官能单体/低聚体均可用于定制水凝胶纤维的性质。在一个实施方案中，本发明的方法允许使用可互溶，但是在能够支持自由基聚合的共同溶剂中均不能充分溶解的单官能单体/低聚体和多官能单体/低聚体。因此，本发明的方法允许由于缺乏可接受的共同溶剂，先前认为不可行的单官能单体/低聚体和多官能单体/低聚体的组合。在另一实施方案中，单官能和/或多官能单体或低聚体为亲水性。在另一实施方案中，根据本发明的方法制备的水凝胶纤维为POF。在另一实施方案中，用于制备根据本发明的POF的单体/低聚体不含电荷。

在一个实施方案中，用于发明组合物中的单体或低聚体包括含至少一个乙烯性不饱和基团、甲基(丙烯酸酯)基团、乙烯基醚基团、环氧基、氧杂环丁烷基或适于UV聚合的任何其它基团的单体或低聚体。包含乙烯性不饱和基团的单体的非限制性实例包括2-羟乙基丙烯酰胺(HEAAm)、丙烯酸或其盐(例如丙烯酸钠)、(甲基)丙烯酸酯、苯乙烯、乙烯基醚、乙烯基酯、N-取代的丙烯酰胺、N-乙烯酰胺、马来酸酯和富马酸酯。本发明考虑到的允许在暴露于辐射后聚合的其它官能团包括环氧基、氧杂环丁烷基以及硫醇烯和胺-烯体系。在另一实施方案中，单体或低聚体包含2-羟乙基丙烯酰胺(HEAAm)。在另一实施方案中，单体或低聚体包含丙烯酸或其盐。在另一实施方案中，单体或低聚体基本上由2-羟乙基丙烯酰胺(HEAAm)组成。在另一实施方案中，单体或低聚体基本上由丙烯酸或其盐组成。在另一实施方案中，单体或低聚体包含n-羟乙基丙烯酰胺。在另一实施方案中，单体或低聚体包含聚乙二醇二丙烯酸酯(例如SR610)。在另一实施方案中，单体或低聚体包含乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(例如SR415、SR9035)。在另一实施方案中，单体或低聚体包含脂肪族聚氨酯三丙烯酸酯(例如CN9245)。在另一实施方案中，单体或低聚体包含丙烯酸或其盐。在另一实施方案中，单体或低聚体包含丙烯酸钠(NaAc)。在另一实施方案中，由这些单体或低聚体获得的聚合物纤维为水凝胶纤维。在另一实施方案中，由这些单体或低聚体获得的聚合物纤维均匀且透明。在另一实施方案中，由这些单体或低聚体获得的聚合物纤维为光纤。在另一实施方案中，纤维为POF。

在另一实施方案中，本发明的单体、低聚体、单体混合物或低聚混合物包含丙烯酸盐、丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯、丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸酯、丙烯腈、植物油、不饱和脂肪酸、环氧基单体、乙烯基醚、异丁基乙烯基醚、硫醇烯、苯乙烯、丙烯、乙烯、聚氨酯、亚烃基单体或其组合。

可与本发明一起使用的单官能单体/低聚体的实例包括丙烯酸酯单体/低聚体、甲基丙烯酸酯单体/低聚体、带电单体/低聚体和乙烯基单体/低聚体。

在一个实施方案中，本发明通篇使用的术语“丙烯酸酯”包括丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯官能团。

丙烯酸酯单体或低聚体的实例包括丙烯酸、2-羟乙基丙烯酰胺(HEAAm)、n-羟乙基丙烯酰胺、聚乙二醇二丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、脂肪族聚氨酯三丙烯酸酯、丙烯酸钠(NaAc)、2-羟乙基丙烯酸酯、2-羟乙基丙烯酸酯、丙烯酰胺、2-(2-乙氧基乙氧基)乙基丙烯酸酯和甘油单丙烯酸酯。在另一实施方案中，根据本发明使用的丙烯酸酯单体为羟基丙烯酰胺。在另一实施方案中，根据本发明使用的丙烯酸酯单体为2-羟乙基丙烯酰胺(HEAAm)。在另一实施方案中，根据本发明使用的丙烯酸酯单体为n-羟乙基丙烯酰胺。在另一实施方案中，根据本发明使用的丙烯酸酯单体为聚乙二醇二丙烯酸酯(例如SR610)。在另一实施方案中，根据本发明使用的丙烯酸酯单体为乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(例如SR415、SR9035)。在另一实施方案中，根据本发明使用的丙烯酸酯单体为脂肪族聚氨酯三丙烯酸酯(例如CN9245)。在另一实施方案中，根据本发明使用的丙烯酸酯单体为丙烯酸钠(NaAc)。在另一实施方案中，根据本发明使用的丙烯酸酯单体为2-羟乙基丙烯酸酯(Acros)。

适合用于本发明的甲基丙烯酸酯单体/低聚体包括甲基丙烯酸、2-羟乙基甲基丙烯酸酯、2-乙氧基乙基甲基丙烯酸酯和甘油单甲基丙烯酸酯。

可与本发明一起使用的带电单体/低聚体的实例为丙烯酸或甲基丙烯酸钠/钾、丙烯酸盐(例如，钠或钾，NaAc)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、(3-磺丙基)-丙烯酸钾或钠盐、(3-磺丙基)-甲基丙烯酸钾或钠盐、双(3-磺丙基)衣康酸酯二钾盐、N，N-二甲基-N-(2-甲基丙烯酰氧基乙基)-N-(3-磺丙基)铵甜菜碱、N，N-二甲基-N-(3-甲基丙烯酰胺丙基)-N-(3-磺丙基)铵甜菜碱。

适合用于本发明的乙烯基单体/低聚体包括乙酸乙烯酯、乙烯基磺酸、乙烯基甲砜、乙烯基甲基乙酰胺、乙烯基脲、2-乙烯基吡啶、4-乙烯基吡啶和乙烯基-2-吡咯烷酮。

可与本发明一起使用的多官能单体或低聚体的实例包括季戊四醇三烯丙基醚、二乙二醇二乙烯基醚、三乙二醇二乙烯基醚、1，1，1-三羟甲基丙烷二烯丙基醚、烯丙基蔗糖、二乙烯苯、二季戊四醇五丙烯酸酯、N，N’-亚甲基双丙烯酰胺、三烯丙基胺、檬酸三烯丙酯、乙二醇二丙烯酸酯、二乙二醇二丙烯酸酯、二乙二醇二甲基丙烯酸酯、四乙二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、四乙二醇二甲基丙烯酸酯、二丙二醇二甲基丙烯酸酯、二-三羟甲基丙烷四丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯(例如SR610)、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(例如SR415、SR9035)和脂肪族聚氨酯三丙烯酸酯(例如CN9245)。

在另一实施方案中，本发明的单体或低聚体包含环氧基。环氧基的非限制性实例包括：环氧环己烷、苯基环氧乙烷、1，2-环氧-4-乙烯基环己烷、丙烯酸缩水甘油酯、1，2-环氧-4-环氧乙基-环己烷、聚乙二醇二缩水甘油醚、双酚-A二缩水甘油醚等。

通常，环氧基可与胺、酚、硫醇、异氰酸酯或酸反应形成本发明的聚合物纤维。在另一实施方案中环氧基与醇、乙烯基醚、多元醇酸和适于阳离子UV固化的其它单体反应形成本发明的水凝胶纤维。在另一实施方案中，环氧基单体与胺反应形成本发明的聚合物纤维。在另一实施方案中，可使用辐射并且尤其是紫外线辐射，通过自由基、阳离子和阴离子机制聚合的任何材料，均适于制备本发明的纤维。

在一个实施方案中，本文将单体混合物或低聚混合物称为组合物混合物。

在一个实施方案中，添加稀释剂以帮助降低未固化组合物混合物的粘度。在另一实施方案中，添加稀释剂以降低组合物混合物的单体或低聚体的粘度。在另一实施方案中，添加单体作为活性稀释剂。在另一实施方案中，添加溶剂作为活性稀释剂。在另一实施方案中，添加稀释剂以提高单体或低聚体的溶解性。

虽然可向水溶液吸收性纤维制剂中引入许多稀释剂，但有利的是活性稀释剂是低粘度单体或低聚体或具有至少一个辐射可固化基团的单体或低聚体的混合物。在另一实施方案中，活性稀释剂包含2-羟乙基丙烯酰胺(HEAAm)。在另一实施方案中，活性稀释剂包含n-羟乙基丙烯酰胺。在另一实施方案中，活性稀释剂包含聚乙二醇二丙烯酸酯(例如SR610)。在另一实施方案中，活性稀释剂包含乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(例如SR415、SR9035)。在另一实施方案中，活性稀释剂包含脂肪族聚氨酯三丙烯酸酯(例如CN9245)。在另一实施方案中，活性稀释剂包含丙烯酸钠(NaAc)。牢记前述功能，活性稀释剂可按提供粘度在前述范围内的组合物有效的量存在于本发明的未固化组合物混合物中。通常，这些稀释剂将按高达约70重量％的量存在于组合物中。在另一实施方案中，约5重量％至约60重量％。在另一实施方案中，按未固化组合物的总重量计，约15重量％至约50重量％。

在另一实施方案中，本发明的稀释剂是具有丙烯酸酯或乙烯基醚基团和C₄，-C₂₀烷基或聚醚部分的单体/低聚体或单体/低聚体的混合物。稀释剂的非限制性实例包括：2-羟乙基丙烯酰胺(HEAAm)、n-羟乙基丙烯酰胺、聚乙二醇二丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、脂肪族聚氨酯三丙烯酸酯、丙烯酸钠(NaAc)己基丙烯酸酯、2-乙基己基丙烯酸酯、丙烯酸异波罗洲酯、丙烯酸癸酯、丙烯酸月桂醇酯、丙烯酸硬脂醇酯、2-乙氧基乙氧基丙烯酸乙酯、月桂基乙烯醚、2-乙基己基乙烯基醚、N-乙烯基甲酰胺、丙烯酸异癸酯、丙烯酸异辛酯、乙烯基-己内酰胺、N-乙烯吡咯烷酮等，及其混合物。在另一实施方案中，活性稀释剂包含2-羟乙基丙烯酰胺(HEAAm)。在另一实施方案中，活性稀释剂包含n-羟乙基丙烯酰胺。在另一实施方案中，活性稀释剂包含聚乙二醇二丙烯酸酯(例如SR610)。在另一实施方案中，活性稀释剂包含乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(例如SR415、SR9035)。在另一实施方案中，活性稀释剂包含脂肪族聚氨酯三丙烯酸酯(例如CN9245)。在另一实施方案中，活性稀释剂包含丙烯酸钠(NaAc)。在另一实施方案中，活性稀释剂基本上由2-羟乙基丙烯酰胺(HEAAm)组成。

可用于未固化组合物混合物中的另一种类型的活性稀释剂或单体是具有芳族基团的单体/低聚体。具有芳族基团的活性稀释剂的非限制性实例包括：乙二醇苯基醚丙烯酸酯、聚乙二醇苯基醚丙烯酸酯、聚丙二醇苯基醚丙烯酸酯和以上单体/低聚体的烷基-取代的苯基衍生物，如聚乙二醇壬基苯基醚丙烯酸酯，及其混合物。

在一个实施方案中，本发明的稀释剂或本发明的单体/低聚体具有烯丙基不饱和基团。烯丙基不饱和基团的非限制性实例包括：邻苯二甲酸二烯丙酯、偏苯三酸三烯丙酯、三聚氰酸三烯丙酯、异氰脲酸三烯丙酯、间苯二甲酸二烯丙酯及其混合物。

在另一实施方案中，本发明的活性稀释剂或单体/低聚体具有胺-烯官能团。非限制性实例包括：三羟甲基丙烷、异佛尔酮二异氰酸酯和二(甲基)乙基己醇胺的加合物；己二醇、异佛尔酮二异氰酸酯和二丙基乙醇胺的加合物；以及三羟甲基丙烷、三甲基六亚甲基二异氰酸酯和二(甲基)乙基己醇胺的加合物；及其混合物。

在一个实施方案中，用于制备水凝胶纤维的稀释剂或单体/低聚体仅有一个辐射可固化基团。在另一实施方案中，适用于制备水凝胶纤维的稀释剂具有一个以上的辐射可固化基团。

在另一实施方案中，活性稀释剂包含具有两个或多个能够聚合的官能团(即辐射可固化基团)的单体/低聚体。此类适合的稀释剂或单体/低聚体的非限制性实例包括：C_n，烃二醇二丙烯酸酯，其中n为2至18的整数；Cn，烃二乙烯基醚，其中n为4至18的整数；Cn，烃三丙烯酸酯，其中n为3至18的整数，及其聚醚类似物等，如1，6-己二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、己二醇二乙烯基醚、三乙二醇二丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、乙氧基化双酚-A二丙烯酸酯和三丙醇二丙烯酸酯，及其混合物。

可在本发明的实施方案中使用的环氧化物单体组分或稀释剂的实例包括但不限于苄基缩水甘油醚、α，α-1，4-二甲苯基二缩水甘油醚、双酚-A二缩水甘油醚、甲苯基缩水甘油醚、乙二醇二缩水甘油醚、二乙二醇二缩水甘油醚、新戊二醇二缩水甘油醚、1，4-丁二醇二缩水甘油醚、1，4-环己烷二甲醇二缩水甘油醚、三甲基丙三醇三缩水甘油醚、丙三醇三缩水甘油醚、甲苯基缩水甘油醚、邻苯二甲酸二缩水甘油酯、甲酚酚醛环氧化物、苯酚酚醛环氧化物、双酚-A酚醛环氧化物、3，4_环氧基-环己基甲基-3′，4′-环氧环己基甲酸酯、双(3，5)4-环氧环己基甲基)己二酸酯、二氧化萜二烯、1，2-环氧基癸烷、环氧十二烷、1，2，7，8-二环氧辛烷、环氧化大豆油、环氧化亚麻籽油、环氧化蓖麻油、环氧化天然橡胶、环氧化聚(1，2-丁二烯)、含环氧官能团的有机硅树脂，等等。

如前所述，可将活性稀释剂并入混合物中，主要用于抗衡单体/低聚体的高粘度。在另一实施方案中，本发明的稀释剂将总体组合物的粘度降低至这样的水平，所述水平足以允许使用所提及的拉伸设备将组合物拉伸成纤维。在25℃下，所提及的纤维组合物的适合粘度的实例范围为约100至约300,000cp。在另一实施方案中，本发明的纤维的适合粘度范围为约100至约500cp。在另一实施方案中，本发明的纤维的适合粘度范围为约500至约5000cp。在另一实施方案中，本发明的纤维的适合粘度范围为约5000至约50000cp。在另一实施方案中，本发明的纤维的适合粘度范围为约500至约2000cp。在另一实施方案中，本发明的纤维的适合粘度范围为约100至约5000cp。在一个实施方案中，本发明的纤维的适合粘度为130cp。在另一实施方案中，本发明的纤维的适合粘度为460cp。在另一实施方案中，本发明的纤维的适合粘度为1300cp。在另一实施方案中，本发明的纤维的适合粘度为25,000cp。

在一些实施方案中，添加稀释剂大幅提高了单体或低聚体的溶解性。在另一实施方案中，本文将此类稀释剂称为“非活性稀释剂”。在另一实施方案中，非活性稀释剂为水。在另一实施方案中，过量添加稀释剂可使混合物的粘度降低到100cP以下，这对于纤维生产而言不理想。在另一实施方案中，按不使混合物的粘度降低到100cP以下的量添加稀释剂。在另一实施方案中，按高达20％w/w的量添加稀释剂。在另一实施方案中，按高达10％w/w的量添加稀释剂。在另一实施方案中，按高达5％w/w的量添加稀释剂。在另一实施方案中，按高达3％w/w的量添加稀释剂。在另一实施方案中，按高达1％w/w的量添加稀释剂。

在另一实施方案中，本发明的组合物混合物任选地还包括一种或多种自由基引发剂，如光引发剂。此类光敏引发剂的实例包括来自于BASF(原Ciba)的苯甲酮、184和819。光引发剂是本领域技术人员熟知的，并且起加速所提及的组合物中辐射可固化组分的固化的作用。适合的自由基类光引发剂的实例包括但不限于以下：苯偶姻异丁基醚；2，4，6-三甲基苯甲酰基、二苯基氧化膦；1-羟基环己基苯基甲酮；2-苄基-2-二甲氨基-1-(4-吗琳代苯基(morpholinovhenvl))-丁-1-酮；2.2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮；全氟化二苯基二茂钛；2-甲基-1-[4-(甲硫基)苯基]-2-(4-吗啉基)-1-丙酮；2-羟基-2-甲基-1-苯基丙-1-酮；4-(2-羟基乙氧基)苯基-2-羟基-2-丙基甲酮二甲氧基苯基苯乙酮；1-(4-异丙基苯基)-2-羟基-2-甲基丙-1-酮；1-(4-十二烷基-苯基)-2-羟基-2-甲基丙-1-酮；4-(2-羟基乙氧基)苯基-2-(2-羟基-2-丙基)-酮；二乙氧基苯基苯乙酮；(2，6-二甲氧基苯甲酰基)-2，4，4三甲基戊基氧化膦和2-羟基-2-甲基-1苯基-丙-1-酮的混合物；二苯甲酮；1-丙酮、2-甲基-1-1-(4-(甲硫基)苯基)-2-(4-吗啉基)；及其混合物。

在另一实施方案中，阳离子光引发剂选自以下：二芳基-或三芳基硫鎓盐；二芳基碘鎓盐；二烷基苯酰基硫鎓盐；等等。阳离子光引发剂的实例可见于美国专利No.4,882,201、4,941,941、5,073,643、5,274,148、6,031,014、6,632,960和6,863,701，所有专利全部均以引用方式并入本文。

任选提供的光引发剂按组合物的重量计，以未固化组合物混合物的约0.1重量％至10重量％，并且有利地，约0.2重量％至5重量％的水平存在。

在一个实施方案中，本发明的聚合物纤维及其制备方法包括和/或利用单体、低聚体、单体混合物、低聚混合物和任选地光引发剂和溶剂、单一添加剂或添加剂组合。

在一个实施方案中，可将有效量的添加剂任选地并入纤维组合物中。本文使用术语“添加剂”作为添加至本发明的单体或低聚混合物的材料。加入添加剂以改变或改进基本的机械、物理或化学性质。还将添加剂用于保护聚合物免受光、热或细菌的降解作用；用于改变此类聚合物加工性能如熔体流动；用于提供产品颜色；以及用于提供特殊特性，如改进的表面外观、降低的摩擦以及阻燃性。添加剂的非限制性实例包括一种或多种增塑剂、光敏剂、抗静电剂、抗微生物剂、阻燃剂、药物着色剂如染料、活性染料、颜料、催化剂、润滑剂、助粘剂、润湿剂、抗氧化剂、稳定剂及其任何组合。此类添加剂的选择和用途在本领域的技术之内。

在一个实施方案中，本发明的添加剂具有迁移或非迁移行为。在另一实施方案中，通过改变添加剂的化学和物理参数(例如偶极矩)，但还通过改变纤维的化学和物理参数来控制此类添加剂的迁移。可影响迁移添加剂的迁移参数的纤维参数的实例包括但不限于交联密度、极性、亲水/疏水比、氢键和结晶度。在另一实施方案中，在引入到未固化组合物混合物之前，添加剂在组合物混合物中以纯品形式存在或具有特殊包封***。

在一个实施方案中，添加剂与纤维成分反应。在另一实施方案中，这些添加剂对于纤维成分呈惰性。

在一个实施方案中，本发明涉及制备水凝胶纤维和/或水凝胶POF的方法，其包括提供单体或低聚混合物的步骤，其中所述单体或低聚混合物包含通过辐射聚合的单体或低聚体。在另一实施方案中，辐射包括热、超声波、γ福射、红外线、电子束、微波、紫外光或可见光。在另一实施方案中，通过紫外光来辐射。在另一实施方案中，通过可见光来辐射。

在一个实施方案中，本发明涉及一种制备水凝胶纤维的方法，其包括用辐射源辐射所述单体或聚合混合物，其中形成水凝胶纤维。在另一实施方案中，辐射步骤在室温下进行。在另一实施方案中，辐射步骤在低温(10-20℃)下进行。在另一实施方案中，辐射步骤在高温(30-60℃)下进行。在另一实施方案中，单体或聚合混合物通过UV固化。在另一实施方案中，纤维为光纤。在另一实施方案中，辐射源为热、超声波、γ福射、红外线、电子束、微波、紫外光或可见光。在另一实施方案中，UV固化是指紫外线电磁辐射和可见光电磁辐射。在另一实施方案中，挤出组合物通过暴露于辐射源而聚合物以产生本发明的水凝胶纤维。在另一实施方案中，辐射源为紫外光。在另一实施方案中，辐射源为可见光。

在一个实施方案中，制备本发明的聚合物纤维的方法在用辐射源辐射单体或低聚混合物的步骤后还包括收线步骤。

旋转收线机并入所有必需装置以收线、处理和缠绕从固化装置显露出来的纤维。该工艺涉及在不同量的张力下将细丝缠绕在阳模或心轴上。当支架水平移动的同时心轴旋转，呈所需图案敷设纤维。缠绕期间，可以小心地控制细丝上的张力。施加了高张力的细丝产生具有较高刚性和强度的终产物；张力越低产生的柔性更高。任选地，在细丝缠绕之后增加附加固化期，以便保持通过缠绕获得的纤维性质。

标准收线和缠绕机任选地用于本发明描述的纤维。

在一个实施方案中，组合物混合物的粘度受未固化组合物混合物的温度影响。高于室温的温度倾向于降低粘度并且低于室温冷却倾向于增加组合物混合物的粘度。

在一个实施方案中，制备本发明的水凝胶聚合物纤维的方法包括任选的加热或冷却含有或不含添加剂的单体或低聚混合物以便获得最佳粘度的步骤。在另一实施方案中，将含有或不含添加剂的组合物混合物加热至高达60℃的温度。在另一实施方案中，含有或不含添加剂的组合物混合物保持在室温下。在另一实施方案中，将含有或不含添加剂的组合物混合物加热至高达100℃的温度。在另一实施方案中，将含有或不含添加剂的组合物混合物加热至介于60℃至100℃之间的温度。在另一实施方案中，将含有或不含添加剂的组合物混合物加热至介于30℃至60℃之间的温度。在另一实施方案中，将含有或不含添加剂的组合物混合物加热至介于30℃至80℃之间的温度。在另一实施方案中，将含有或不含添加剂的组合物混合物冷却至介于-20℃至室温之间的温度。

在一个实施方案中，制备本发明的水凝胶聚合物纤维的方法在室温下进行。在另一实施方案中，本发明涉及制备聚合物纤维的方法，所述方法包括将含有或不含任选添加剂的单体或低聚混合物冷却至高于单体和低聚体组合物的凝固点的温度的步骤。在另一实施方案中，纤维为POF。

在一个实施方案中，在空气中生产本发明的水凝胶聚合物纤维。在另一实施方案中，在诸如氮气、氩气或其它无氧气体的惰性气氛下生产本发明的水凝胶聚合物纤维。在另一实施方案中，在诸如氮气、氩气或其它无氧气体的惰性气氛下生产水凝胶聚合物纤维。

在一个实施方案中，本发明涉及一种制备水凝胶聚合物纤维的方法，其包括通过喷丝头、模具或任何其它喷嘴类型泵送组合物混合物的步骤。在另一实施方案中，通过喷丝头、模具或任何其它喷嘴类型挤出组合物混合物。在另一实施方案中，通过喷丝头、模具或任何其它喷嘴类型注入或泵送组合物混合物。用于挤出纤维的喷丝头和模具是本领域普通技术人员熟知的。当细丝从喷丝头或模具中的孔出现时，受辐射源辐射以得到聚合物纤维。在另一实施方案中，辐射源引起单体或低聚体的聚合。图1中示出了用于纤维生产的机器的图解。

在一个实施方案中，喷丝头、模具或任何其它喷嘴类型中仅存在单个孔，因此只能生产单丝纤维。在另一实施方案中，在喷丝头、模具或任何其它喷嘴类型中存在多个孔，因此生产多种纤维、布料、束或任何其它多纤维排列。

在另一实施方案中，在生产期间使用切片机(即切割机)切断纤维以获得许多短纤维。

在一个实施方案中，本发明的方法用于生产纳米纤维，其中，不使用常规喷丝头或模具，而使用非常小的模具或喷丝头孔，如用于制备熔喷纤维的模具或喷丝头孔。

在另一实施方案中，本发明可与生产水凝胶纳米纤维的电纺法组合。此类组合设备允许生产纳米纤维，无需在常规电纺生产方中广泛使用的溶剂。另外，使用此类装置生产的纳米纤维可在环境温度下生产并且不需要聚合物加热，从而使得向纤维中引入温度敏感型添加剂成为可能。

在另一实施方案中，挤出的组合物聚合成不同的横截面形状，如圆形、中空、分层、三叶形、五边形或八边形。

本发明可用于产生水凝胶和高吸水性聚合纤维，并且可以想象地可以采用替代引发方法，如使用电子束和γ射线。

本发明提供了一种由完全或部分互溶的单官能单体和多官能单体合成水凝胶或高吸水性聚合物纤维的方法。在另一实施方案中，单官能单体和多官能单体没有共同溶剂。在另一实施方案中，聚合物纤维为聚合物光纤(POF)。

本发明大幅减少，并且在一些实施方案中，消除了对不良溶剂的需要以及对生产水凝胶聚合物纤维时通常使用的干燥步骤的需要。另外，使得具有用先前已知的制造工艺不可得到的物理特征的高吸水性聚合物成为可能。在另一实施方案中，根据本文描述的制备水凝胶纤维的方法，即使在使用少量溶剂时，也不需要生产聚合物纤维时通常需要的干燥步骤。

在一个实施方案中，本发明涉及一种水溶液吸收性聚合物纤维。在另一实施方案中，水溶液吸收性聚合物纤维是吸水性聚合物纤维。在另一实施方案中，纤维为高吸水性。在另一实施方案中，纤维为高吸水性丙烯酸酯聚合物。在另一实施方案中，纤维为水凝胶。在另一实施方案中，纤维透明。在另一实施方案中，纤维均匀。在另一实施方案中，纤维为光纤。在另一实施方案中，聚合物纤维为聚合物光纤(POF)。

在一个实施方案中，本发明的水凝胶聚合物光纤具有在介于300-10000dB/km范围内的光损耗。在另一实施方案中，聚合物光纤具有在介于300-4000dB/km范围内的光损耗。在另一实施方案中，本发明的聚合物光纤具有在介于300-2000dB/km范围内的光损耗。在另一实施方案中，本发明的聚合物光纤具有在介于300-1000dB/km范围内的光损耗。在另一实施方案中，本发明的聚合物光纤具有在介于2000-4000dB/km范围内的光损耗。在另一实施方案中，本发明的聚合物光纤具有在介于600-2000dB/km范围内的光损耗。

根据本发明的方法制备的水凝胶聚合物光纤确保了水凝胶聚合物基体的高均匀性。这种特征对光纤极其重要，因为没有均匀性，预计在此类纤维中的散射较大，并且因此，光损耗将很大。

根据本发明制备的水凝胶光纤具有高均匀性并且透明。

在一个实施方案中，本发明的聚合物纤维以介于0％(热塑性)至99％(完全交联)的摩尔交联密度交联。在一个实施方案中，本发明的聚合物纤维以低于约99％摩尔交联密度交联。在另一实施方案中，水凝胶聚合物纤维以低于约75％摩尔交联密度交联。在另一实施方案中，水凝胶聚合物纤维以约50％-99％摩尔交联密度交联。在另一实施方案中，水凝胶聚合物纤维以约10％-50％摩尔交联密度交联。在另一实施方案中，水凝胶聚合物纤维以约1％-10％摩尔交联密度交联。在另一实施方案中，水凝胶聚合物纤维以约1.5％-5％摩尔交联密度交联。在另一实施方案中，水凝胶聚合物纤维以约2％-20％摩尔交联密度交联。在另一实施方案中，水凝胶聚合物纤维以约1.5％-50％摩尔交联密度交联。在另一实施方案中，水凝胶聚合物纤维以约1.5％摩尔交联密度交联。在另一实施方案中，水凝胶聚合物纤维以约2％摩尔交联密度交联。在另一实施方案中，水凝胶聚合物纤维以约3％摩尔交联密度交联。在另一实施方案中，水凝胶聚合物纤维以约4％摩尔交联密度交联。在另一实施方案中，水凝胶聚合物纤维以约5％摩尔交联密度交联。在另一实施方案中，水凝胶聚合物纤维以约6％摩尔交联密度交联。在另一实施方案中，水凝胶聚合物纤维以约10％摩尔交联密度交联。

在另一实施方案中，本发明涉及一种水溶液吸收性聚合物光纤。在另一实施方案中，水溶液为水。在另一实施方案中，纤维为高吸水性。在另一实施方案中，本发明涉及一种封装活性材料的水溶液吸收性聚合物纤维。在另一实施方案中，本发明涉及一种生物可降解且可再生的水溶液吸收性聚合物纤维。在另一实施方案中，本发明涉及一种功能性水溶液吸收性聚合物纤维。在另一实施方案中，纤维吸收按纤维重量计多于20％的水。在另一实施方案中，纤维为水凝胶。在另一实施方案中，纤维为光纤。在另一实施方案中，纤维为聚合物光纤(POF)。在另一实施方案中，按纤维重量计吸收多达250％的水的纤维为水凝胶POF。在另一实施方案中，按纤维重量计吸收多达2000％的水的纤维为水凝胶纤维。在另一实施方案中，纤维为热固性纤维。

在一些实施方案中，本发明涉及一种制备本发明的水凝胶聚合物纤维的方法。在一个实施方案中，本发明的聚合物纤维和/或其制备方法包括和/或利用单体、低聚体、单体混合物和/或低聚混合物，和任选地光引发剂、稀释剂和/或通常用于光聚合工艺的其它添加剂。在另一实施方案中，本发明的单体或低聚体通过辐射聚合。

在另一实施方案中，聚合物纤维是封装活性材料的水凝胶纤维。在另一实施方案中，水凝胶纤维为光纤。在另一实施方案中，活性材料为荧光染料。在另一实施方案中，聚合物纤维为功能性水凝胶纤维。在另一实施方案中，聚合物纤维为生物可降解且可再生的水凝胶纤维。在另一实施方案中，聚合物纤维为光纤。在另一实施方案中，纤维为聚合物光纤(POF)。

在另一实施方案中，本发明的水凝胶纤维及其制备方法包括使用交联剂。

在一个实施方案中，本发明涉及组合物混合物和制备包含通过辐射，尤其通过紫外线辐射聚合和固化的单体和/或低聚体的水凝胶纤维的方法。在另一实施方案中，纤维为光纤。在另一实施方案中，本发明的单体或低聚体包含经由自由基聚合而聚合的乙烯性不饱和基团。在另一实施方案中，乙烯性不饱和基团通过阳离子聚合而聚合。

在一个实施方案中，环氧基通过阳离子聚合而聚合，而硫醇-烯和胺-烯体系通过自由基聚合而聚合。在另一实施方案中，环氧基，例如均聚。在硫醇-烯和胺-烯体系中，例如，在烯丙型不饱和基团和叔胺基或硫醇基之间发生聚合。在另一实施方案中，在本发明的组合物混合物的辐射可固化组分中存在乙烯基醚和(甲基)丙烯酸酯基团。在另一实施方案中，在本发明的组合物混合物的辐射可固化组分中存在(甲基)丙烯酸酯。单、二、三、四和更高官能化的低聚体和/或稀释剂的混合物可用于达到所需的性质平衡，其中官能度是指活性组分中存在的辐射可固化基团的数量。

在另一实施方案中，组合物混合物可含有使用自由基机制聚合的单体和/或低聚体和使用阳离子机制聚合的另一类单体和/或低聚体。互穿网络(IPN)或半IPN将是这种双重固化***聚合的结果。

在另一实施方案中，通过本发明的方法获得的水凝胶纤维经涂布。在另一实施方案中，涂层材料是热塑性或热固性聚合物。在另一实施方案中，制备涂层水凝胶纤维的工艺包括在UV固化后使本发明的水凝胶纤维和/或在辐射步骤后获得的水凝胶纤维与涂层材料混合以获得涂层水凝胶纤维。在另一实施方案中，涂层具有水凝胶性质。在另一实施方案中，涂层为水凝胶。在另一实施方案中，涂布步骤可重复一次以上。如果恰当选择芯和包层的折射率，则此类涂层纤维可用作聚合物光纤(POF)。在另一实施方案中，水凝胶纤维未经涂布。在另一实施方案中，水凝胶纤维是未经涂布的聚合物光纤(POF)。

在一个实施方案中，本发明涉及一种制备封装活性材料的水凝胶纤维的方法，其包括以下步骤：

(i)提供单体或低聚混合物和活性材料，其中所述单体或低聚混合物包含通过辐射聚合的亲水性单体或低聚体；

(ii)任选加热或冷却所述单体或低聚混合物，以获得最佳粘度；

(iii)通过喷丝头、模具或任何其它喷嘴装置不断泵送所述单体或低聚混合物；及

(iv)用辐射源不断辐射所述单体或低聚混合物，其中形成封装活性材料的所述水凝胶纤维。

在另一实施方案中，封装活性材料的水凝胶纤维的制备中的辐射步骤在室温下进行。在另一实施方案中，辐射步骤在低温(10-20℃)下进行。在另一实施方案中，辐射步骤在高温(30-60℃)下进行。

优选地，所述方法无溶剂。在另一实施方案中，所述方法还包括在如本文所述的步骤(i)之后添加少量溶剂的步骤。在另一实施方案中，所述方法不涉及使用有机溶剂。在另一实施方案中，按约50％w/w的量向混合物添加溶剂。在另一实施方案中，按约20％w/w的量向混合物添加溶剂。在另一实施方案中，按约5％w/w的量向混合物添加溶剂。在另一实施方案中，按约3％w/w的量向混合物添加溶剂。在另一实施方案中，按约1％w/w的量向混合物添加溶剂。在另一实施方案中，溶剂为水。

在另一实施方案中，本发明的水凝胶纤维中封装的活性材料与可以封装并且为水凝胶纤维提供独特的特殊性质或活性的任何材料有关。在另一实施方案中，活性材料包括农业化学材料(杀虫剂和除草剂)、阻燃材料、调味/香精材料、无机纳米粒子、染料、颜料、相变材料、气味吸收材料、生物聚合物(酶)、活细胞、舒缓材料、药物或其任何组合。

本发明的水凝胶纤维中封装的活性材料与可以封装并且为水凝胶纤维提供独特的特殊性质或活性的任何材料有关。

在另一实施方案中，本发明涉及封装活性材料并且根据本发明的工艺制备的水凝胶纤维。在另一实施方案中，任选加热步骤在高达100℃的温度下进行。

在一个实施方案中，本发明涉及一种制备功能性水凝胶纤维的方法，其包括以下步骤：

(i)提供单体或低聚混合物，其中所述单体或低聚混合物包含通过辐射聚合的亲水性单体或低聚体并且所述亲水性单体或低聚体被官能团衍生化；

(ii)任选加热或冷却所述单体或低聚混合物，以获得最佳粘度；

(iii)通过喷丝头、模具或任何其它喷嘴类型不断泵送所述单体或低聚混合物；及

(iv)用辐射源不断辐射所述单体或低聚混合物，其中形成所述功能性水凝胶纤维。

在另一实施方案中，功能性水凝胶纤维的制备中的辐射步骤在室温下进行。在另一实施方案中，辐射步骤在低温(10-20℃)下进行。在另一实施方案中，辐射步骤在高温(30-60℃)下进行。

优选地，所述方法无溶剂。在另一实施方案中，所述方法不涉及使用有机溶剂。在另一实施方案中，当使用带电单体或低聚体时，为溶解带电化合物(例如丙烯酸钠)，少量极性溶剂是必需的。因此，在另一实施方案中，按约50％w/w的量向混合物中添加溶剂。在另一实施方案中，按约20％w/w的量向混合物中添加溶剂。在另一实施方案中，按约5％w/w的量向混合物中添加溶剂。在另一实施方案中，按约3％w/w的量向混合物中添加溶剂。在另一实施方案中，按约1％w/w的量向混合物中添加溶剂。在另一实施方案中，溶剂为水。在另一实施方案中，聚合物光纤具有高达250％w/w的吸水量(WU)。

在另一实施方案中，官能团是指与单体或低聚体共价连接的任何基团并且为所得水凝胶纤维提供独特的特殊性质或活性。在另一实施方案中，官能团为荧光探针、酸性基团、羟基、蛋白质、DNA、药物或其任何组合。

在另一实施方案中，本发明涉及根据本发明的工艺制备的功能性水凝胶光纤。在另一实施方案中，任选加热步骤在高达60℃的温度下进行。

在一个实施方案中，本发明涉及一种制备生物可降解且可再生的水凝胶纤维的方法，其包括以下步骤：

(i)提供单体或低聚混合物，其中所述单体或低聚混合物包含通过辐射聚合的亲水性单体或低聚体并且所述单体或低聚体包含不饱和脂肪酸；

(ii)任选加热或冷却所述单体或低聚混合物，以获得最佳粘度；

(iii)通过喷丝头或模具或任何其它喷嘴类型不断泵送所述单体或低聚混合物；及

(iv)用辐射源不断辐射所述单体或低聚混合物，其中形成所述生物可降解且可再生的水凝胶纤维。

在另一实施方案中，生物可降解且可再生的水凝胶纤维的制备中的辐射步骤在室温下进行。在另一实施方案中，辐射步骤在低温(10-20℃)下进行。在另一实施方案中，辐射步骤在高温(30-60℃)下进行。

优选地，所述方法无溶剂。在另一实施方案中，所述方法不涉及使用有机溶剂。在另一实施方案中，当使用带电单体或低聚体时，为溶解带电化合物(例如丙烯酸钠)，少量极性溶剂是必需的。因此，在另一实施方案中，按约50％w/w的量向混合物中添加溶剂。在另一实施方案中，按约20％w/w的量向混合物中添加溶剂。在另一实施方案中，按约5％w/w的量向混合物中添加溶剂。在另一实施方案中，按约3％w/w的量向混合物中添加溶剂。在另一实施方案中，按约1％w/w的量向混合物中添加溶剂。在另一实施方案中，溶剂为水。在另一实施方案中，聚合物光纤具有高达250％w/w的吸水量(WU)。

在一个实施方案中，生物可降解且可再生的水凝胶纤维包括在填埋场或在堆肥样环境中可以降解(即生物可降解)的单体或低聚体，包括植物油或不饱和脂肪酸。在另一实施方案中，单体或低聚体来自于可持续来源如环氧化亚麻籽油、具有乙烯性不饱和或环氧基部分的天然来源的任何单体(例如环氧化脂肪酸)。

在一个实施方案中，本发明涉及根据本发明的工艺制备的生物可降解且可再生的水凝胶纤维。

呈现以下实施例以便更全面地说明本发明的优选实施方案。然而，决不得以任何方式将其视为对本发明广泛范围的限制。

实施例

实施例1：

制备本发明的水凝胶纤维的工艺

材料和方法

2-羟乙基丙烯酰胺(HEAAm)、2-羟乙基丙烯酸酯(Acros)由TCILTD供给。丙烯酸(AA)和丙烯酸钠(NaAc)由Sigma-Aldrich供给。SR415、SR610、SR9035、CN9245由Sartomer供给。Irgacure819由BASF供给。CP4由韩国Miwon供给。所有材料无需进一步纯化使用。膨胀研究中使用蒸馏水或PBS(磷酸盐缓冲盐水。溶于500mlH₂O中的5片PBS，AMRESCO产品目录号#E404-100TABS、批次#1532C456)。

单体制备

将21g的HEAAm和9g的SR415一起添加到100ml遮光烧杯并搅拌10min。在5min间隔中分别向混合物中添加Irgacure819和CP4并且再搅拌20min。之后，使混合物达到室温。

为制备其它水凝胶纤维，根据上述程序制备以下单体组合物：

表1.用于制备水凝胶纤维的单体的组合物

*在37℃水中10min后的WU(吸水量)

**在23℃水中10min后的WU

***光损耗范围

表2.使用水作为助溶剂制备水凝胶纤维的单体的组合物

**在23℃水中10min后的WU

水凝胶纤维制备：

在室温下将如上所述的每种组合物添加到具有喷丝头的分批送料器。通过喷丝头挤出每种组合物混合物，并且立即用UV灯照射[一只10英寸的6000W熔融D灯垂直排列，就在喷丝头下方]。由于存在UV辐射，发生反应混合物的立即聚合，从而形成固体纤维。使用拾取缠绕器[250m/min速度的双头缠绕器]缠绕纤维。

图2中示出了由1号实验的组合物获得的纤维的光学显微镜图像。

图5示出了根据这个程序制备的典型纤维的横截面的SEM图片。

测量和测量装置

膨胀实验：

为了确定上述水凝胶的膨胀行为，记录干燥水凝胶纤维的重量并且在不同温度下将纤维放入装有蒸馏水的密封烧杯中10min(一般而言，为了表征纤维，在37℃下进行膨胀实验10分钟)。然后从水中拉出膨胀纤维，用滤纸小心地擦拭并且记录膨胀纤维的重量。使用以下方程式计算吸水量(WU)：

$WU=\frac{Wt-W0}{W0}\·100\%$

W_o-干燥水凝胶纤维的重量

W_t-膨胀水凝胶纤维的重量

实施例1中描述的纤维的水/PBS吸收量(参见图4)：

●水容量随温度增加而增加。

●因为暴露于水的表面与体积之比较小，所以在纤维半径较大的情况下，水容量较低。

上面表1中示出了本发明的每种水凝胶纤维组合物的计算吸水量。

图3示出了在室温下由1号实验的组合物获得的纤维的光学显微镜图像。

光学性质：

受试水凝胶(表1)的光衰减介于300和5000dB/km之间。吸水量(膨胀)高于250％的纤维太脆而不能测量其光衰减。

虽然已经连同其特定实施方案描述了本发明，但是显然许多替代方案、修改和变化对于本领域技术人员而言将显而易见。因此，其意图是涵盖属于所附权利要求的精神和广泛范围内的所有此类替代方案、修改和变化。

Claims (35)

1.一种聚合物光纤(POF)，其中所述聚合物为水溶液吸收性聚合物。

2.一种聚合物纤维，其中所述聚合物为水溶液吸收性聚合物。

3.根据权利要求1或2所述的纤维，其中所述纤维以低于约4％摩尔交联密度交联。

4.根据权利要求2或3所述的纤维，其中所述水溶液吸收性聚合物具有高达2000％w/w的吸水量。

5.根据权利要求1或3所述的纤维，其中所述水溶液吸收性聚合物具有高达250％w/w的吸水量。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的聚合物纤维，其中所述聚合物为热固性聚合物。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的聚合物纤维，其进一步封装活性材料，其中所述活性材料包括农业化学材料、荧光探针、调味材料、舒缓材料、药物或其任何组合。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的聚合物纤维，其中所述水溶液为水。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的聚合物纤维，其中所述聚合物包含2-羟乙基丙烯酰胺(HEAAm)、丙烯酸或其盐，或其任何组合。

10.一种制备水溶液吸收性聚合物纤维的方法，其包括以下步骤：

(i)提供单体或低聚混合物，其中所述单体或低聚混合物包含通过辐射聚合的亲水性单体或低聚体；

(ii)任选加热或冷却所述单体或低聚混合物，以获得最佳粘度；

(iii)通过喷丝头模具或任何其它喷嘴装置不断泵送所述单体或低聚混合物；及

(iv)用辐射源不断辐射所述单体或低聚混合物，其中形成所述水溶液吸收性聚合物纤维。

11.一种制备水溶液吸收性聚合物光纤(POF)的方法，其包括以下步骤：

(i)提供单体或低聚混合物，其中所述单体或低聚混合物包含通过辐射聚合的亲水性单体或低聚体；

(ii)任选加热或冷却所述单体或低聚混合物，以获得最佳粘度；

(iii)通过喷丝头模具或任何其它喷嘴装置不断泵送所述单体或低聚混合物；及

(iv)用辐射源不断辐射所述单体或低聚混合物，其中形成所述聚合物光纤；并且

其中所述聚合物为水溶液吸收性聚合物。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述方法无溶剂。

13.根据权利要求11或12所述的方法，其中所述单体或低聚混合物不包含带电单体或低聚体。

14.根据权利要求10所述的方法，其中所述单体或低聚混合物包含带电单体或低聚体。

15.根据权利要求10或14所述的方法，其中所述方法还包括在步骤(i)之后添加少量溶剂的步骤。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述溶剂为水。

17.根据权利要求15或16所述的方法，其中所述溶剂的量高达混合物的20％w/w。

18.根据权利要求15-17中任一项所述的方法，其中所述溶剂的量高达混合物的5％w/w。

19.根据权利要求10或15-18中任一项所述的方法，其中所述聚合物纤维为聚合物光纤(POF)。

20.根据权利要求10-18中任一项所述的方法，其中所述水溶液吸收性聚合物具有高达1000％w/w的吸水量。

21.根据权利要求10-20中任一项所述的方法，其中所述水溶液吸收性聚合物具有高达250％w/w的吸水量。

22.根据权利要求10-21中任一项所述的方法，其中所述聚合物为热固性聚合物。

23.根据权利要求10-22中任一项所述的方法，其中所述单体或低聚混合物包括丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、乙烯基单体或低聚体、带电单体或低聚体或其任何组合。

24.根据权利要求23所述的方法，其中所述丙烯酸酯单体或低聚体包含丙烯酸或其盐、2-羟乙基丙烯酰胺(HEAAm)、2-羟乙基丙烯酸酯、2-羟乙基丙烯酸酯、丙烯酰胺、2-(2-乙氧基乙氧基)乙基丙烯酸酯、甘油单丙烯酸酯或其任何组合。

25.根据权利要求23或24所述的方法，其中所述甲基丙烯酸酯单体或低聚体包含甲基丙烯酸或其盐、2-羟乙基甲基丙烯酸酯、2-乙氧基乙基甲基丙烯酸酯、甘油单甲基丙烯酸酯或其任何组合。

26.根据权利要求23-25中任一项所述的方法，其中所述带电单体或低聚体包含丙烯酸或甲基丙烯酸钠/钾、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、(3-磺丙基)-丙烯酸钾或钠盐、(3-磺丙基)-甲基丙烯酸钾或钠盐、双(3-磺丙基)衣康酸酯二钾盐、N，N-二甲基-N-(2-甲基丙烯酰氧基乙基)-N-(3-磺丙基)铵甜菜碱、N，N-二甲基-N-(3-甲基丙烯酰胺丙基)-N-(3-磺丙基)铵甜菜碱或其任何组合。

27.根据权利要求23-26中任一项所述的方法，其中所述乙烯基单体包含乙酸乙烯酯、乙烯基磺酸、乙烯基甲砜、乙烯基甲基乙酰胺、乙烯基脲、2-乙烯基吡啶、4-乙烯基吡啶和乙烯基-2-吡咯烷酮或其任何组合。

28.根据权利要求10-27中任一项所述的方法，其中所述单体或低聚混合物包含单官能单体或低聚体、多官能单体或低聚体或其组合。

29.根据权利要求28所述的方法，其中所述多官能单体为季戊四醇三烯丙基醚、二乙二醇二乙烯基醚、三乙二醇二乙烯基醚、1，1，1-三羟甲基丙烷二烯丙基醚、烯丙基蔗糖、二乙烯苯、二季戊四醇五丙烯酸酯、N，N’-亚甲基双丙烯酰胺、三烯丙基胺、檬酸三烯丙酯、乙二醇二丙烯酸酯、二乙二醇二丙烯酸酯、二乙二醇二甲基丙烯酸酯、四乙二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、四乙二醇二甲基丙烯酸酯、二丙二醇二甲基丙烯酸酯、二-三羟甲基丙烷四丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、脂肪族聚氨酯三丙烯酸酯或其任何组合。

30.根据权利要求10-29中任一项所述的方法，其中所述提供步骤(i)还包括光引发剂。

31.根据权利要求10-30中任一项所述的方法，其中所述辐射源为紫外线辐射。

32.根据权利要求10-31中任一项所述的方法，其所述单体或低聚体经衍生化包括官能团并且形成官能性聚合物纤维。

33.根据权利要求32所述的方法，其中所述官能团包括荧光探针、蛋白质、DNA、药物或其组合。

34.一种聚合物光纤(POF)，其根据权利要求11的方法制备。

35.根据权利要求10-33中任一项所述的方法，其中所述水溶液为水。