CN110885408A - 利用交联剂分子量调控丙烯腈基二元共聚高强度水凝胶力学性能的方法 - Google Patents

利用交联剂分子量调控丙烯腈基二元共聚高强度水凝胶力学性能的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110885408A
CN110885408A CN201811052059.XA CN201811052059A CN110885408A CN 110885408 A CN110885408 A CN 110885408A CN 201811052059 A CN201811052059 A CN 201811052059A CN 110885408 A CN110885408 A CN 110885408A
Authority
CN
China
Prior art keywords
acrylonitrile
molecular weight
based binary
hydrogel
regulating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201811052059.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN110885408B (zh
Inventor
刘文广
刘博�
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin University
Original Assignee
Tianjin University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tianjin University filed Critical Tianjin University
Priority to CN201811052059.XA priority Critical patent/CN110885408B/zh
Publication of CN110885408A publication Critical patent/CN110885408A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110885408B publication Critical patent/CN110885408B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F283/00—Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to polymers provided for in subclass C08G
    • C08F283/06—Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to polymers provided for in subclass C08G on to polyethers, polyoxymethylenes or polyacetals
    • C08F283/065—Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to polymers provided for in subclass C08G on to polyethers, polyoxymethylenes or polyacetals on to unsaturated polyethers, polyoxymethylenes or polyacetals

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Polymerisation Methods In General (AREA)
  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
  • Macromonomer-Based Addition Polymer (AREA)

Abstract

本发明提供利用交联剂分子量调控丙烯腈基二元共聚高强度水凝胶力学性能的方法，通过自由基引发丙烯腈与不同分子量的聚乙二醇二甲基丙烯酸酯在二甲基亚砜中交联聚合，可以得到力学强度可控的丙烯腈基二元共聚高强度水凝胶。通过调节交联剂分子量的不同来调控水凝胶的力学强度，能使其在实际应用时具有普适性，可以根据不同环境来调节凝胶性能，同时，通过调节交联剂分子量的不同来调控水凝胶的含水量，以达到水凝胶力学强度和含水量可控的目的。

Description

利用交联剂分子量调控丙烯腈基二元共聚高强度水凝胶力学 性能的方法
技术领域
本发明涉及力学强度可控水凝胶技术领域，更具体地说涉及一种利用交联剂分子量调控丙烯腈基二元共聚高强度水凝胶力学性能的方法。
背景技术
人工合成的传统水凝胶因为通常存在分子水平的高分子聚合物的分子链密度低、分子链间作用力小、凝胶过程形成的交联网络结构的任意性等微观缺陷，导致其水凝胶在宏观上表现出力学性能差、稳定性差、刺激响应性差等严重缺点，极大地阻碍了水凝胶的实际应用。
传统的高强度水凝胶制备过程复杂，涉及多步聚合，且合成的水凝胶力学性能单一不可控，甚至无法在水环境中稳定存在，使水凝胶在实际应用时不具备普适性。
发明内容
本发明克服了现有技术中的不足，提供了一种利用交联剂分子量调控丙烯腈基二元共聚高强度水凝胶力学性能的方法，通过调节交联剂分子量的不同来调控水凝胶的力学强度，能使其在实际应用时具有普适性，可以根据不同环境来调节凝胶性能。
本发明的目的通过下述技术方案予以实现。
利用交联剂分子量调控丙烯腈基二元共聚高强度水凝胶力学性能的方法，按照下述步骤进行：
步骤1，将丙烯腈和交联剂聚乙二醇二甲基丙烯酸酯(PEGDMA)加入到二甲基亚砜(DMSO)中，置于离心管内溶解，涡旋离心管内混合物直至得到澄清溶液，通过在室温20-25℃下对上述溶液进行氮气鼓泡8-12min，除去氧气，同时加入引发剂过氧化苯甲酰(BPO)和促引发剂N,N-二甲基苯胺(DMA)，用于引发体系聚合，其中，丙烯腈与交联剂(PEGDMA)的质量比为(0.5-1.5):1，总体固含量为25-35wt％(总体固含量即全部反应物总质量占全部反应物及溶剂总质量的比例)，过氧化苯甲酰(BPO)为单体和交联剂总质量的1-3wt％，N,N-二甲基苯胺(DMA)为过氧化苯甲酰(BPO)质量的40-60wt％，聚乙二醇二甲基丙烯酸酯(PEGDMA)的分子量为2000-8000；
步骤2，将步骤1制备得到的反应液置于由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)板及硅胶垫片组成的模具内进行聚合，反应温度为20-30℃，反应时间为20-30h，反应结束后，取出凝胶，将其浸泡在20-30℃磷酸盐缓冲液(PBS)中，以置换出有机溶剂、除去残余单体和引发剂，得到强度可控二元共聚高强度水凝胶。
在步骤1中，丙烯腈与交联剂的质量比为1:1，总体固含量为28-32wt％。
在步骤1中，过氧化苯甲酰(BPO)为单体和交联剂总质量的1-2wt％，N,N-二甲基苯胺(DMA)为过氧化苯甲酰(BPO)质量的48-52wt％。
在步骤2中，聚合反应的温度为24-28℃，聚合反应的时间为22-26h。
在步骤2中，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)板的长度与宽度为8-12cm，厚度为1-3mm，硅胶垫片厚度0.5-2.5mm，浸泡过程为每隔10-12h更换一次磷酸盐缓冲液(PBS)，共浸泡5-10天。
如图1所示，将凝胶裁成哑铃型试样(有效长度10mm，宽2mm，厚度0.5mm)后，使用100mm/min的应变速率拉伸，得到的水凝胶杨氏模量为0.5-2.1MPa，拉伸强度为1.7-3.0MPa，说明水凝胶的拉伸性能可根据交联剂分子量的改变而改变。
如图2所示，将凝胶制成圆柱型试样(有效直径4.7mm，高度4mm)后，使用10mm/min的应变速率压缩，得到的水凝胶压缩模量为1.4-3.5MPa，压缩强度为9.0-14.5MPa，说明水凝胶的压缩性能可根据交联剂分子量的改变而改变。
如图3所示，将制备的柱状凝胶浸泡在PBS中，平衡后的水凝胶含水量为65-85％，说明水凝胶的含水量可根据交联剂分子量的改变而改变。
本发明的有益效果为：本发明制备方法简单，可通过简单的方法来改变水凝胶的力学性能，实现性能可控；该水凝胶的模量与强度较高，在水环境中可以稳定存在。
附图说明
图1是本发明制备得到的水凝胶的拉伸应力应变测试图，其中，a为交联剂分子量为2000，b为交联剂分子量4000，c为交联剂分子量6000，d为交联剂分子量8000；
图2是本发明制备得到的水凝胶的压缩应力应变测试图，其中，a为交联剂分子量为2000，b为交联剂分子量4000，c为交联剂分子量6000，d为交联剂分子量8000；
图3是本发明制备得到的水凝胶的平衡含水量测试图。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
实施例1
步骤1，用分析天平称量0.15g聚乙二醇二甲基丙烯酸酯(PEGDMA，分子量为2000)，放在5ml离心管里，再用移液枪量取0.7ml的DMSO将其完全溶解后，加入0.15ml的丙烯腈，然后加入0.006g的BPO，再次混匀，通氮气10min除氧。
步骤2，加入3μL的DMA混匀后，马上用塑料滴管将离心管里溶液加入到由PMMA板和硅胶垫片组成的模具中，并用保鲜膜将开口密封，将其放置在25℃恒温箱中24h后取出。
步骤3，然后揭开模具，取出凝胶片，将其浸泡在25℃磷酸盐缓冲液(PBS)中。上述浸泡过程，需每隔12h更换一次PBS，共浸泡7天，以置换出有机溶剂、除去残余单体和引发剂。
实施例2
步骤1，用分析天平称量0.2g聚乙二醇二甲基丙烯酸酯(PEGDMA，分子量为4000)，放在5ml离心管里，再用移液枪量取0.7ml的DMSO将其完全溶解后，加入0.1ml的丙烯腈，然后加入0.006g的BPO，再次混匀，通氮气12min除氧。
步骤2，加入3μL的DMA混匀后，马上用塑料滴管将离心管里溶液加入到由PMMA板和硅胶垫片组成的模具中，并用保鲜膜将开口密封，将其放置在20℃恒温箱中30h后取出。
步骤3，然后揭开模具，取出凝胶片，将其浸泡在20℃磷酸盐缓冲液(PBS)中。上述浸泡过程，需每隔11h更换一次PBS，共浸泡5天，以置换出有机溶剂、除去残余单体和引发剂。
实施例3
步骤1，用分析天平称量0.13g聚乙二醇二甲基丙烯酸酯(PEGDMA，分子量为6000)，放在5ml离心管里，再用移液枪量取0.7ml的DMSO将其完全溶解后，加入0.17ml的丙烯腈，然后加入0.006g的BPO，再次混匀，通氮气11min除氧。
步骤2，加入3μL的DMA混匀后，马上用塑料滴管将离心管里溶液加入到由PMMA板和硅胶垫片组成的模具中，并用保鲜膜将开口密封，将其放置在28℃恒温箱中24h后取出。
步骤3，然后揭开模具，取出凝胶片，将其浸泡在28℃磷酸盐缓冲液(PBS)中。上述浸泡过程，需每隔12h更换一次PBS，共浸泡10天，以置换出有机溶剂、除去残余单体和引发剂。
实施例4
步骤1，用分析天平称量0.15g聚乙二醇二甲基丙烯酸酯(PEGDMA，分子量为8000)，放在5ml离心管里，再用移液枪量取0.7ml的DMSO将其完全溶解后，加入0.15ml的丙烯腈，然后加入0.006g的BPO，再次混匀，通氮气8min除氧。
步骤2，加入3μL的DMA混匀后，马上用塑料滴管将离心管里溶液加入到由PMMA板和硅胶垫片组成的模具中，并用保鲜膜将开口密封，将其放置在30℃恒温箱中30h后取出。
步骤3，然后揭开模具，取出凝胶片，将其浸泡在30℃磷酸盐缓冲液(PBS)中。上述浸泡过程，需每隔11h更换一次PBS，共浸泡6天，以置换出有机溶剂、除去残余单体和引发剂。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.利用交联剂分子量调控丙烯腈基二元共聚高强度水凝胶力学性能的方法，其特征在于：按照下述步骤进行：
步骤1，将丙烯腈和交联剂聚乙二醇二甲基丙烯酸酯(PEGDMA)加入到二甲基亚砜(DMSO)中，置于离心管内溶解，涡旋离心管内混合物直至得到澄清溶液，通过在室温20-25℃下对上述溶液进行氮气鼓泡8-12min，除去氧气，同时加入引发剂过氧化苯甲酰(BPO)和促引发剂N,N-二甲基苯胺(DMA)，用于引发体系聚合，其中，丙烯腈与交联剂(PEGDMA)的质量比为(0.5-1.5):1，总体固含量为25-35wt％，过氧化苯甲酰(BPO)为单体和交联剂总质量的1-3wt％，N,N-二甲基苯胺(DMA)为过氧化苯甲酰(BPO)质量的40-60wt％，聚乙二醇二甲基丙烯酸酯(PEGDMA)的分子量为2000-8000；
步骤2，将步骤1制备得到的反应液置于由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)板及硅胶垫片组成的模具内进行聚合，反应温度为20-30℃，反应时间为20-30h，反应结束后，取出凝胶，将其浸泡在20-30℃磷酸盐缓冲液(PBS)中，以置换出有机溶剂、除去残余单体和引发剂，得到强度可控二元共聚高强度水凝胶。
2.根据权利要求1所述的利用交联剂分子量调控丙烯腈基二元共聚高强度水凝胶力学性能的方法，其特征在于：在步骤1中，丙烯腈与交联剂的质量比为1:1，总体固含量为28-32wt％。
3.根据权利要求1所述的利用交联剂分子量调控丙烯腈基二元共聚高强度水凝胶力学性能的方法，其特征在于：在步骤1中，过氧化苯甲酰(BPO)为单体和交联剂总质量的1-2wt％。N,N-二甲基苯胺(DMA)为过氧化苯甲酰(BPO)质量的48-52wt％。
4.根据权利要求1所述的利用交联剂分子量调控丙烯腈基二元共聚高强度水凝胶力学性能的方法，其特征在于：在步骤1中，N,N-二甲基苯胺(DMA)为过氧化苯甲酰(BPO)质量的48-52wt％。
5.根据权利要求1所述的利用交联剂分子量调控丙烯腈基二元共聚高强度水凝胶力学性能的方法，其特征在于：在步骤2中，聚合反应的温度为24-28℃，聚合反应的时间为22-26h。
6.根据权利要求1所述的利用交联剂分子量调控丙烯腈基二元共聚高强度水凝胶力学性能的方法，其特征在于：在步骤2中，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)板的长度与宽度为8-12cm，厚度为1-3mm，硅胶垫片厚度0.5-2.5mm。
7.根据权利要求1所述的利用交联剂分子量调控丙烯腈基二元共聚高强度水凝胶力学性能的方法，其特征在于：在步骤2中，浸泡过程为每隔10-12h更换一次磷酸盐缓冲液(PBS)，共浸泡5-10天。
8.如权利要求1-7任一所述的利用交联剂分子量调控丙烯腈基二元共聚高强度水凝胶力学性能的方法制备得到的丙烯腈基二元共聚高强度水凝胶，其特征在于：丙烯腈基二元共聚高强度水凝胶杨氏模量为0.5-2.1MPa，拉伸强度为1.7-3.0MPa。
9.如权利要求1-7任一所述的利用交联剂分子量调控丙烯腈基二元共聚高强度水凝胶力学性能的方法制备得到的丙烯腈基二元共聚高强度水凝胶，其特征在于：丙烯腈基二元共聚高强度水凝胶压缩模量为1.4-3.5MPa，压缩强度为9.0-14.5MPa。
10.如权利要求1-7任一所述的利用交联剂分子量调控丙烯腈基二元共聚高强度水凝胶力学性能的方法制备得到的丙烯腈基二元共聚高强度水凝胶，其特征在于：丙烯腈基二元共聚高强度水凝胶含水量为65-85％。
CN201811052059.XA 2018-09-10 2018-09-10 利用交联剂分子量调控丙烯腈基二元共聚高强度水凝胶力学性能的方法 Active CN110885408B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811052059.XA CN110885408B (zh) 2018-09-10 2018-09-10 利用交联剂分子量调控丙烯腈基二元共聚高强度水凝胶力学性能的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811052059.XA CN110885408B (zh) 2018-09-10 2018-09-10 利用交联剂分子量调控丙烯腈基二元共聚高强度水凝胶力学性能的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110885408A true CN110885408A (zh) 2020-03-17
CN110885408B CN110885408B (zh) 2021-10-08

Family

ID=69745119

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811052059.XA Active CN110885408B (zh) 2018-09-10 2018-09-10 利用交联剂分子量调控丙烯腈基二元共聚高强度水凝胶力学性能的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110885408B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112694556A (zh) * 2021-01-07 2021-04-23 西南交通大学 一种湿态环境下粘附性可调控水凝胶及其制备和使用方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6621685B1 (en) * 2002-04-03 2003-09-16 Korea Institute Of Science And Technology Electric double-layered capacitor using UV-curing gel type polymer electrolyte
US20070031499A1 (en) * 2005-07-28 2007-02-08 Huh Kang M Readily shapeable xerogels having controllably delayed swelling properties
US20070212419A1 (en) * 2006-02-18 2007-09-13 Jozsef Bako Synthesis of biocompatible nanocomposite hydrogels as a local drug delivery system
CN101127408A (zh) * 2007-08-23 2008-02-20 广州市天赐高新材料科技有限公司 微交联型凝胶态锂离子电池聚合物电解质膜及其制备方法
US20080089940A1 (en) * 2006-07-06 2008-04-17 Hossein Omidian Superporous Hydrogels for Heavy-Duty Applications
CN101475663A (zh) * 2009-01-21 2009-07-08 中国科学院长春应用化学研究所 原位聚合制备离子液体型凝胶聚合物电解质及电池的方法
CN105098233A (zh) * 2014-05-22 2015-11-25 上海交通大学 半互穿网络聚合物凝胶电解质膜的制备方法
CN106750377A (zh) * 2015-11-20 2017-05-31 温州医科大学 水凝胶、用于制备水凝胶的组合物及水凝胶制备方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6621685B1 (en) * 2002-04-03 2003-09-16 Korea Institute Of Science And Technology Electric double-layered capacitor using UV-curing gel type polymer electrolyte
US20070031499A1 (en) * 2005-07-28 2007-02-08 Huh Kang M Readily shapeable xerogels having controllably delayed swelling properties
US20070212419A1 (en) * 2006-02-18 2007-09-13 Jozsef Bako Synthesis of biocompatible nanocomposite hydrogels as a local drug delivery system
US20080089940A1 (en) * 2006-07-06 2008-04-17 Hossein Omidian Superporous Hydrogels for Heavy-Duty Applications
CN101588790A (zh) * 2006-07-06 2009-11-25 艾博特呼吸有限责任公司 超多孔水凝胶
CN101127408A (zh) * 2007-08-23 2008-02-20 广州市天赐高新材料科技有限公司 微交联型凝胶态锂离子电池聚合物电解质膜及其制备方法
CN101475663A (zh) * 2009-01-21 2009-07-08 中国科学院长春应用化学研究所 原位聚合制备离子液体型凝胶聚合物电解质及电池的方法
CN105098233A (zh) * 2014-05-22 2015-11-25 上海交通大学 半互穿网络聚合物凝胶电解质膜的制备方法
CN106750377A (zh) * 2015-11-20 2017-05-31 温州医科大学 水凝胶、用于制备水凝胶的组合物及水凝胶制备方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112694556A (zh) * 2021-01-07 2021-04-23 西南交通大学 一种湿态环境下粘附性可调控水凝胶及其制备和使用方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110885408B (zh) 2021-10-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
NO20064068L (no) Svellbare partikler
CN104387538B (zh) 具有抗撕裂的高强度形状记忆水凝胶及其制备方法
CN110885408B (zh) 利用交联剂分子量调控丙烯腈基二元共聚高强度水凝胶力学性能的方法
NO340586B1 (no) Superplastiseringsmiddel med høy tidlig styrke
NO20051271L (no) Fremgangsmate for fremstilling av monodisperse, gelformige ionebyttere
Srichan et al. Precision PEGylated Polymers Obtained by Sequence‐Controlled Copolymerization and Postpolymerization Modification
CN109575317A (zh) 一种具有pH响应的高强度水凝胶及其制备方法
CN112029055A (zh) 一种超分子聚合物增强的生物可降解高强度明胶基水凝胶及其制备方法和应用
KR20190052051A (ko) 메타크릴계 아미드를 사용함에 의한 pmma 발포체의 특성 개선
CN110885452B (zh) 丙烯腈基二元共聚高强度水凝胶及其制备方法
CN112538136B (zh) 一种高强度水凝胶及其制备方法
CN107857841B (zh) 基于丙烯酰胺基甘氨酰胺的高强度共聚水凝胶及其制备方法
CN112538172B (zh) 一种聚（n-丙烯酰基甘氨酰胺）微凝胶自增强水凝胶及其制备方法
CN112430290B (zh) 一种κ-卡拉胶基高强度双物理交联水凝胶及其制备方法
Pavlinec et al. Photocured polymer networks based on multifunctional β‐ketoesters and acrylates
Skorokhoda et al. Structure controlled formation and properties of highly hydrophilic membranes based on polyvinylpyrrolidone copolymers
CN110938167B (zh) 可降解且机械性能可调的聚合物水凝胶及其制备方法
CN111548451B (zh) 一种高性能橡胶阻尼材料及其制备方法
US10745504B2 (en) Multi-part acrylic cold-curing composition
US3256254A (en) Oxycarbocyclic ester compositions containing aryl peroxides and tertiary aromatic amines, polymerizable in air
CN112538139B (zh) 一种具有pH响应的温敏性丙烯腈基共聚水凝胶及其制备方法
CN112538173A (zh) 甲基丙烯酸羟乙酯基本体聚合水凝胶及其制备方法
CN109401164B (zh) 淀粉基发泡缓冲材料以及包装材料
JPS6139325B2 (zh)
CN110938173A (zh) 互穿网络结构水凝胶及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CP02 Change in the address of a patent holder

Address after: 300452 Binhai Industrial Research Institute Campus of Tianjin University, No. 48 Jialingjiang Road, Binhai New Area, Tianjin

Patentee after: Tianjin University

Address before: 300072 Tianjin City, Nankai District Wei Jin Road No. 92

Patentee before: Tianjin University

CP02 Change in the address of a patent holder