一種高性能水凝膠的制備方法技術

本發明專利技術公開了一種高性能水凝膠的制備方法，1)、對多孔硅橡膠進行表面處理，使其表面帶有極性基團；2)、將硅烷偶聯劑或多官能團環氧化合物與多孔硅橡膠表面的極性基團發生反應，接枝可反應基團；3)、將水溶性單體的水溶液、引發劑、交聯劑、水溶性高分子、無機鹽混合均勻，加入經上述步驟2)處理后的多孔硅橡膠中，加熱反應一段時間，便可得到高性能水凝膠。本發明專利技術提供的水凝膠，具備硅橡膠的高彈性與高韌性，從而賦予水凝膠較高的機械性能；多孔硅橡膠孔徑為微米尺度，且經表面處理，能夠與水凝膠的單體通過共價鍵結合，相容性好；引入的水溶性高分子與多價無機鹽可發生物理交聯，與聚合形成水凝膠形成互穿網絡結構，提高其物理性能。

【技術實現步驟摘要】
一種高性能水凝膠的制備方法
本專利技術涉及一種水凝膠的制備方法，尤其是涉及一種高性能水凝膠的制備方法。
技術介紹
水凝膠是由三維交聯網絡結構高聚物和介質共同組成的多元體系，因具有良好的吸水、保水、生物相容性及能對刺激產生相應的智能特性等優良性能，其應用已滲入到農、林、牧、園藝、沙漠防治、醫療衛生、生物醫藥、建筑、石油化工、日用化工、食品、電子和環保等領域，并仍在向更廣闊的應用領域拓展。但絕大部分利用天然或合成材料制得的水凝膠機械性能都很差。普通結構的水凝膠往往在較低含水量時具有一定的機械性能，而在較高含水量時(如質量分數＞90％)時機械強度顯著下降，甚至在極低的壓強下就發生碎裂，使其實際應用受到限制。因此，從加強水凝膠的機械強度出發，通過多種組分的復合，制備抗壓性能好、機械強度高的復合凝膠材料將成為其研究熱點。
技術實現思路
針對現有技術的不足，本專利技術將多孔硅橡膠與水凝膠復合，提出了一種高性能水凝膠的制備方法。本專利技術解決技術問題所采用的技術方案是：一種高性能水凝膠的制備方法，其特征在于：所述制備方法包括以下步驟：步驟1)、提供一種多孔硅橡膠，對所述多孔硅橡膠進行表面處理，使所述多孔硅橡膠的表面帶有極性基團，所述極性基團為羥基、羰基、醛基、羧基中的任意一種或幾種；步驟2)、將硅烷偶聯劑或多官能團環氧化合物覆于經上述步驟1)處理后的多孔硅橡膠表面，使硅烷偶聯劑或多官能團環氧化合物與所述多孔硅橡膠表面的極性基團發生反應，在所述多孔硅橡膠表面接枝可反應基團；所述反應溫度為20℃～150℃，反應時間1～60分鐘；步驟3)、將水溶性單體的水溶液、引發劑、交聯劑、水溶性高分子、無機鹽混合均勻，加入經上述步驟2)處理后的多孔硅橡膠中，加熱反應一段時間，便可得到高性能水凝膠。進一步地，所述多孔硅橡膠的制備方法為：1)將100份含乙烯基聚硅氧烷、5～30質量份有機氫聚硅氧烷、0.01～1質量份硅氫加成催化劑、20～500質量份含水高吸水性樹脂、0.1～5質量份硅油表面活性劑混合均勻；2)將步驟1)中的混合物在50～200℃下進行加熱固化反應，得到硅橡膠；3)將步驟2)中得到的硅橡膠干燥、除水，得到多孔硅橡膠。更進一步地，所述含乙烯基聚硅氧烷為含有兩個或兩個以上乙烯基的聚二有機基硅氧烷；所述有機氫聚硅氧烷為含有三個及以上Si-H的有機氫聚硅氧烷；所述高吸水性樹脂為聚丙烯酸及其鹽、聚丙烯酰胺交聯網狀聚合物；所述硅氫加成催化劑為鉑金屬配合物催化劑；所述硅油表面活性劑為聚有機硅氧烷-聚氧乙烯共聚物。進一步地，步驟1)中，所述表面處理的方法為紫外光照射處理法或等離子體表面處理法；所述紫外光照射處理法中紫外光的波長為170～260nm，時間為1～120分鐘。進一步地，所述硅烷偶聯劑包括3-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷中的至少一種；所述多官能環氧化合物包括三羥甲基丙烷三縮水甘油醚、三羥甲基乙烷三縮水甘油醚、聚丙三醇三縮水甘油醚、丙氧基甘油三縮水甘油醚、丙三醇三縮水甘油醚、四縮水甘油醚四苯基乙烷、三縮水甘油醚三苯基甲烷、四縮水甘油基二氨基二苯基甲烷中的至少一種。進一步地，所述的水溶性單體為丙烯酸及其鹽、甲基丙烯酸及其鹽、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、丙烯磺酸鹽、甲基丙烯磺酸鹽中的至少一種。進一步地，所述的引發劑為偶氮類水溶性引發劑、過硫酸鹽引發劑、過氧化物引發劑；所述偶氮類水溶性引發劑包括偶氮二異丁基脒鹽酸鹽、偶氮二異丁咪唑啉鹽酸鹽、偶氮二氰基戊酸、偶氮二異丙基咪唑啉中的任意一種；所述過硫酸鹽引發劑包括過硫酸鉀、過硫酸鈉、過硫酸銨中的任意一種；所述過氧化物引發劑包括過氧化氫、叔丁基過氧化物、甲乙酮過氧化物中的任意一種；所述引發劑還包括過硫酸鹽引發劑、過氧化物引發劑與還原劑組成氧化-還原體系；所述還原劑包括L-抗壞血酸、亞硫酸鹽、亞硫酸氫鹽、二價鐵鹽中的任意一種；所述引發劑的用量相對于水溶性單體的0.0001～1摩爾％。進一步地，所述的交聯劑為乙二醇二縮水甘油醚、聚乙二醇二縮水甘油醚、乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、N，N-亞甲基雙丙烯酰胺中的至少一種。進一步地，所述的水溶性高分子為海藻酸鈉。進一步地，所述的無機鹽為多價金屬鹽；所述多價金屬鹽包括氯化鈣、氯化鎂、氯化鐵、硫酸鐵、硫酸鋁。本專利技術的有益效果是：與現有技術相比，本專利技術提供的高性能水凝膠具有以下幾點優勢：1)將硅橡膠與水凝膠進行復合，使水凝膠具備硅橡膠的高彈性與高韌性，從而賦予水凝膠較高的機械性能；2)采用的硅橡膠為多孔硅橡膠，孔徑為微米尺度，且表面經過處理，能夠與水凝膠的單體進行反應，使得水凝膠與硅橡膠通過共價鍵進行結合，相容性好；3)引入的水溶性高分子與多價無機鹽可以發生物理交聯，與聚合形成水凝膠形成互穿網絡結構，進一步提高水凝膠的物理性能。具體實施方式下面結合實施例對本專利技術作進一步說明。實施例1(1)多孔硅橡膠制備將100質量份的、25℃時粘度為740Pa·s的含乙烯基聚硅氧烷，20質量份的、25℃時粘度為0.5mPa·s有機氫聚硅氧烷，0.12份鉑為含量1000ppm的卡斯特鉑催化劑，20份含水高吸水性樹脂(平均粒徑10μm，吸水倍率50倍)，0.1份硅油表面活性劑以及10份氣相二氧化硅真空下混合，加熱固化得到硅橡膠組合物。100℃下干燥20小時得到多孔硅橡膠。(2)高性能水凝膠制備步驟1)、制備得到的多孔硅橡膠在170nm～260nm波長的紫外光下照射60分鐘；步驟2)、將硅烷偶聯劑γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷噴涂在經上述步驟1)處理后的多孔硅橡膠表面，100℃下反應30分鐘；步驟3)、將100份丙烯酸、0.2份引發劑過硫酸鉀、300份水，0.1份交聯劑聚乙二醇二丙烯酸酯、2份海藻酸鈉、0.001份氯化鈣混合均勻，加入經上述步驟2)處理后的多孔硅橡膠中，加熱70℃反應60分鐘，便可得到高性能水凝膠。實施例2(1)多孔硅橡膠制備將100質量份的、25℃時粘度為740Pa·s的含乙烯基聚硅氧烷，20質量份的、25℃時粘度為0.5mPa·s有機氫聚硅氧烷，0.12份鉑為含量1000ppm的卡斯特鉑催化劑，20份含水高吸水性樹脂(平均粒徑10μm，吸水倍率50倍)，0.1份硅油表面活性劑以及10份氣相二氧化硅真空下混合，加熱固化得到硅橡膠組合物。100℃下干燥20小時得到多孔硅橡膠。(2)高性能水凝膠制備步驟1)、制備得到的多孔硅橡膠在等離子體下處理5分鐘；步驟2)、將硅烷偶聯劑γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷噴涂在經上述步驟1)處理后的多孔硅橡膠表面，80℃下反應30分鐘；步驟3)、將100份丙烯酸、0.2份引發劑過硫酸鉀、300份水，0.1份交聯劑乙二醇二丙烯酸酯、2份海藻酸鈉、0.002份氯化鈣混合均勻，加入經上述步驟2)處理后的多孔硅橡膠中，加熱70本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種高性能水凝膠的制備方法，其特征在于：所述制備方法包括以下步驟：/n步驟1)、提供一種多孔硅橡膠，對所述多孔硅橡膠進行表面處理，使所述多孔硅橡膠的表面帶有極性基團，所述極性基團為羥基、羰基、醛基、羧基中的任意一種或幾種；/n步驟2)、將硅烷偶聯劑或多官能團環氧化合物覆于經上述步驟1)處理后的多孔硅橡膠表面，使硅烷偶聯劑或多官能團環氧化合物與所述多孔硅橡膠表面的極性基團發生反應，在所述多孔硅橡膠表面接枝可反應基團；所述反應溫度為20℃～150℃，反應時間1～60分鐘；/n步驟3)、將水溶性單體的水溶液、引發劑、交聯劑、水溶性高分子、無機鹽混合均勻，加入經上述步驟2)處理后的多孔硅橡膠中，加熱反應一段時間，便可得到高性能水凝膠。/n

【技術特征摘要】
1.一種高性能水凝膠的制備方法，其特征在于：所述制備方法包括以下步驟：
步驟1)、提供一種多孔硅橡膠，對所述多孔硅橡膠進行表面處理，使所述多孔硅橡膠的表面帶有極性基團，所述極性基團為羥基、羰基、醛基、羧基中的任意一種或幾種；
步驟2)、將硅烷偶聯劑或多官能團環氧化合物覆于經上述步驟1)處理后的多孔硅橡膠表面，使硅烷偶聯劑或多官能團環氧化合物與所述多孔硅橡膠表面的極性基團發生反應，在所述多孔硅橡膠表面接枝可反應基團；所述反應溫度為20℃～150℃，反應時間1～60分鐘；
步驟3)、將水溶性單體的水溶液、引發劑、交聯劑、水溶性高分子、無機鹽混合均勻，加入經上述步驟2)處理后的多孔硅橡膠中，加熱反應一段時間，便可得到高性能水凝膠。


2.如權利要求1所述的一種高性能水凝膠的制備方法，其特征在于：所述多孔硅橡膠的制備方法為：1)將100份含乙烯基聚硅氧烷、5～30質量份有機氫聚硅氧烷、0.01～1質量份硅氫加成催化劑、20～500質量份含水高吸水性樹脂、0.1～5質量份硅油表面活性劑混合均勻；2)將步驟1)中的混合物在50～200℃下進行加熱固化反應，得到硅橡膠；3)將步驟2)中得到的硅橡膠干燥、除水，得到多孔硅橡膠。


3.如權利要求2所述的一種高性能水凝膠的制備方法，其特征在于：所述含乙烯基聚硅氧烷為含有兩個或兩個以上乙烯基的聚二有機基硅氧烷；所述有機氫聚硅氧烷為含有三個及以上Si-H的有機氫聚硅氧烷；所述高吸水性樹脂為聚丙烯酸及其鹽、聚丙烯酰胺交聯網狀聚合物；所述硅氫加成催化劑為鉑金屬配合物催化劑；所述硅油表面活性劑為聚有機硅氧烷-聚氧乙烯共聚物。


4.如權利要求1所述的一種高性能水凝膠的制備方法，其特征在于：步驟1)中，所述表面處理的方法為紫外光照射處理法或等離子體表面處理法；所述紫外光照射處理法中紫外光的波長為170～260nm，時間為1～120分鐘。


5.如權利要求1所述的一種高性...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張愛民，
申請(專利權)人：張愛民，
類型：發明
國別省市：浙江;33