專利名稱：一種采用波聚合技術(shù)制備多孔水凝膠的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高分子材料技術(shù)領(lǐng)域，特別提供了一種采用波聚合技術(shù)制備多孔水凝膠的方法。發(fā)泡劑以分子狀態(tài)分散在聚合體系中，在聚合波界面上發(fā)生分解，產(chǎn)生氣體，因而可以得到孔結(jié)構(gòu)均勻易控的多孔材料。所制備的水凝膠可用于藥物緩釋劑、生物組織工程支架、超強(qiáng)吸水劑等。
背景技術(shù)：
水凝膠是一種能吸收大量水分而又不溶解的網(wǎng)絡(luò)狀聚合物，具有良好的生物相容性，固定在水凝膠中的生物活性分子能夠長時(shí)間存在，因而用做生物組織工程支架材料、藥物釋放載體、軟接觸眼鏡等；因其具有超強(qiáng)的吸水保水能力而廣泛用作吸水劑。為了提高水凝膠在水溶液中的溶漲和退溶漲速率以及生物細(xì)胞所需的營養(yǎng)物質(zhì)及其代謝物質(zhì)的傳遞速率，常將水凝膠制成多孔結(jié)構(gòu)。制備多孔水凝膠常用的方法有生孔劑法、冷凍干燥法、乳液模板法、相分離法、氣泡法等。其中使用化學(xué)發(fā)泡劑的氣泡法被認(rèn)為是簡單易行的多孔水凝膠制備方法。
美國專利5451613、5338766、5154713等分別用碳酸鹽做為發(fā)泡劑，采用溶液聚合法制備羧酸類、丙烯酰胺類多孔水凝膠；中國專利CN1264321A和CN1488331A分別用碳酸鹽做發(fā)泡劑，使碳酸鹽與反應(yīng)體系中的酸性物質(zhì)在溶液聚合過程中反應(yīng)產(chǎn)生氣體，從而得到多孔水凝膠。在上述專利的制備過程中，氣泡的發(fā)生是通過碳酸鹽與酸性物質(zhì)的反應(yīng)，為了得到孔結(jié)構(gòu)均勻的水凝膠，必須嚴(yán)格控制發(fā)泡劑的加入時(shí)間在一個(gè)極精確的范圍內(nèi)，加入過早，聚合尚未開始，氣泡已經(jīng)產(chǎn)生，這樣氣泡就不能被聚合物捕獲，得不到多孔材料；加入過晚，致密聚合物已經(jīng)形成，難以使氣泡均勻分布。這種發(fā)泡與聚合在時(shí)間上的嚴(yán)格性使該專利技術(shù)在大規(guī)模生產(chǎn)中受到極大限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種采用波聚合制備多孔水凝膠的方法，實(shí)現(xiàn)了工藝簡單、結(jié)構(gòu)可控、重復(fù)性好，所得水凝膠的孔徑為0.5-10微米。
本發(fā)明的具體工藝為a、將單體、引發(fā)劑、交聯(lián)劑、發(fā)泡劑、表面活性劑、分別按一定比例稱量后溶于水中配成溶液，加入增稠劑，充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆?；各反?yīng)組分的重量組成為水/單體1.5～3.0引發(fā)劑/單體0.01～0.04交聯(lián)劑/單體0.0003～0.002發(fā)泡劑/單體0.06～0.2表面活性劑/單體0.02～0.1增稠劑/單體0.01～0.1b、將混合后的液體注入圓柱型反應(yīng)器內(nèi)，用任何一種加熱方式如電阻絲、火花、熱平板等熱源在反應(yīng)器任意一端加熱，使引發(fā)劑受熱分解，點(diǎn)燃反應(yīng)開始。
c、反應(yīng)開始后，撤離熱源，靠聚合放熱維持反應(yīng)進(jìn)行，直到整個(gè)反應(yīng)器的所有單體完全轉(zhuǎn)化為聚合物凝膠。將凝膠取出后，根據(jù)使用要求，切成一定大小的塊體，在蒸餾水中浸泡5-24小時(shí)，然后用酒精脫水，50270℃烘箱中干燥，得到產(chǎn)品。
本發(fā)明所述的單體為丙烯酰胺；引發(fā)劑為熱分解自由基引發(fā)劑，如過硫酸鉀、過硫酸銨；交聯(lián)劑為水溶性雙乙烯基單體N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺或無機(jī)黏土；發(fā)泡劑為碳酸氫鈉、碳酸氫銨；表明活性劑為非離子型聚氧乙烯表明活性劑PF127；增稠劑為羧甲基纖維素鈉。
本發(fā)明所述的發(fā)泡劑是可溶于聚合體系介質(zhì)中，以分子狀態(tài)分散，在聚合波界面上分解釋放氣體。所述的水凝膠的聚合是自蔓延的波聚合過程，反應(yīng)一經(jīng)點(diǎn)燃后，不需要外加熱源。
以上述內(nèi)容為基礎(chǔ)，在不脫離本發(fā)明基本技術(shù)思想的前提下，根據(jù)本領(lǐng)域的普通技術(shù)知識(shí)和手段，對(duì)其內(nèi)容還可以有多種形式的修改、替換或變更。
本發(fā)明采用一種新的聚合工藝——波聚合工藝制備水凝膠。波聚合是一種靠聚合反應(yīng)自身放出的熱量維持反應(yīng)進(jìn)行、不需要外界持續(xù)加熱的一種聚合方法。含單體和引發(fā)劑的反應(yīng)體系一經(jīng)點(diǎn)燃，便產(chǎn)生聚合熱波，熱波自動(dòng)向未反應(yīng)區(qū)域蔓延，直至整個(gè)反應(yīng)器，熱波過后，單體轉(zhuǎn)化為聚合物。這種工藝最大的特點(diǎn)是聚合反應(yīng)逐步蔓延進(jìn)行，僅在聚合波界面上有較高的聚合溫度，而聚合波沒有蔓延到的區(qū)域仍保持低溫。這與上述專利中敘述的溶液聚合有本質(zhì)的區(qū)別，溶液聚合是全部反應(yīng)物的整體反應(yīng)過程，反應(yīng)一旦開始，便不可控制。
本發(fā)明制備多孔材料仍采用化學(xué)發(fā)泡劑技術(shù)，但與前人不同的是，本發(fā)明中的發(fā)泡劑不是以顆粒狀態(tài)分散在反應(yīng)體系中，而是溶解后以分子狀態(tài)與聚合物體系形成均一溶液，這樣就保證可發(fā)泡劑以及下一步生產(chǎn)氣孔的均勻性。同時(shí)，本發(fā)明中氣體的產(chǎn)生不是通過發(fā)泡劑與聚合體系中的酸性物質(zhì)作用產(chǎn)生，而是在聚合波界面上發(fā)泡劑的受熱分解產(chǎn)生氣體，從而在聚合物基質(zhì)中形成蜂窩形孔腔；而聚合波未到之處，發(fā)泡劑由于不受熱而繼續(xù)穩(wěn)定存在。這樣就自然保證了發(fā)泡與聚合的同步，而無需人為控制，因此特便利于大規(guī)模多孔材料的制備。前面我們?cè)貌ň酆霞夹g(shù)制備了高分子吸水樹脂，但尚未見到這種波聚合制備多孔材料的報(bào)道。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于工藝簡單、結(jié)構(gòu)可控、重復(fù)性好，所得水凝膠的孔徑為0.5-10微米。
具體實(shí)施例方式
下面通過實(shí)施例形式的具體實(shí)施方式
，對(duì)本發(fā)明的上述內(nèi)容再做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但不應(yīng)將此理解為下述各實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明上述主題所涉及范圍的限制，凡基于本發(fā)明上述內(nèi)容所實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。
實(shí)施例1一種一端封閉的玻璃質(zhì)圓柱型容器，其內(nèi)容積30毫升，該容器用做反應(yīng)器。6克丙烯酰胺溶于3毫升水中配成溶液，0.06克過硫酸鉀、0.008克N，N-亞甲基雙丙烯酰胺溶于2毫升水中，0.36克碳酸氫鈉溶于3毫升水中，0.12克PF127表面活性劑溶于1毫升水中，溶解后將所用溶液混合。向混合溶液中加入0.06克羧甲基纖維素鈉粉，攪拌混合均勻后倒入反應(yīng)器內(nèi)，用電阻絲在反應(yīng)器任意一端加熱，使引發(fā)劑受熱分解。反應(yīng)開始后，撤離熱源，靠聚合放熱維持反應(yīng)進(jìn)行，直到整個(gè)反應(yīng)器的所有單體完全轉(zhuǎn)化為聚合物凝膠。反應(yīng)器自然降溫至室溫后，將凝膠取出，切成5毫米厚的圓柱體，在蒸餾水中浸泡24小時(shí)，然后用酒精脫水，60℃烘箱中干燥，得到孔徑3-10微米的多孔水凝膠。
實(shí)施例2用相同于例1的反應(yīng)器。6克丙烯酰胺溶于3毫升水中配成溶液，0.24克過硫酸銨、0.0018克N，N-亞甲基雙丙烯酰胺溶于3毫升水中，1.2克碳酸氫鈉溶于10毫升水中，0.6克PF127表面活性劑溶于2毫升水中，溶解后將所用溶液混合。向混合溶液中加入0.6克羧甲基纖維素鈉粉，攪拌混合均勻后倒入反應(yīng)器內(nèi)，其他操作同實(shí)施例1，產(chǎn)品在蒸餾水中浸泡10小時(shí)，酒精脫水后的產(chǎn)品在50℃烘箱中干燥，得到孔徑2-7微米的多孔水凝膠。
實(shí)施例3用相同于例1的反應(yīng)器，6克丙烯酰胺溶于3毫升水中配成溶液，0.1克過硫酸銨溶于2毫升水中，0.6克碳酸氫鈉溶于6毫升水中，0.3克PF127表面活性劑溶于2毫升水中，所有溶液混合后，加入0.012克超細(xì)高嶺土，0.2克羧甲基纖維素鈉粉，攪拌混合均勻后倒入反應(yīng)器內(nèi)，其他操作同實(shí)施例1，產(chǎn)品在蒸餾水中浸泡5小時(shí)，酒精脫水后的產(chǎn)品在70℃烘箱中干燥，得到孔徑0.5-3微米的多孔水凝膠。
權(quán)利要求
1.一種采用波聚合技術(shù)制備多孔水凝膠的方法，其特征在于具體工藝為a、將單體、引發(fā)劑、交聯(lián)劑、發(fā)泡劑、表面活性劑、分別按一定比例稱量后溶于水中配成溶液，加入增稠劑，充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆?；各反?yīng)組分的重量組成為水/單體 1.5～3.0引發(fā)劑/單體 0.01～0.04交聯(lián)劑/單體 0.0003～0.002發(fā)泡劑/單體 0.06～0.2表面活性劑/單體 0.02～0.1增稠劑/單體 0.01～0.1b、將混合后的液體注入圓柱型反應(yīng)器內(nèi)，加熱使引發(fā)劑受熱分解，點(diǎn)燃反應(yīng)開始；c、反應(yīng)開始后，撤離熱源，靠聚合放熱維持反應(yīng)進(jìn)行，直到整個(gè)反應(yīng)器的所有單體完全轉(zhuǎn)化為聚合物凝膠；d、將凝膠取出后，根據(jù)使用要求，切成一定大小的塊體，在蒸餾水中浸泡5-24小時(shí)，然后用酒精脫水，50-70℃烘箱中干燥，得到產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的單體為丙烯酰胺；引發(fā)劑為熱分解自由基引發(fā)劑，包括過硫酸鉀、過硫酸銨；交聯(lián)劑為水溶性雙乙烯基單體N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺或無機(jī)黏土；發(fā)泡劑為碳酸氫鈉、碳酸氫銨；表面活性劑為非離子型聚氧乙烯表面活性劑PF127；增稠劑為羧甲基纖維素鈉。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的發(fā)泡劑是可溶于聚合體系介質(zhì)中，以分子狀態(tài)分散，在聚合波界面上分解釋放氣體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的水凝膠的聚合是自蔓延的波聚合過程，反應(yīng)一經(jīng)點(diǎn)燃后，不需要外加熱源。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種采用波聚合技術(shù)制備多孔水凝膠的方法，屬于高分子材料技術(shù)領(lǐng)域。具體工藝為將單體、引發(fā)劑、交聯(lián)劑、發(fā)泡劑、表面活性劑、分別按一定比例稱量后溶于水中配成溶液，加入增稠劑，充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆?。將混合后的液體注入圓柱型反應(yīng)器內(nèi)，加熱使引發(fā)劑受熱分解，點(diǎn)燃反應(yīng)開始。反應(yīng)開始后，撤離熱源，靠聚合放熱維持反應(yīng)進(jìn)行，直到整個(gè)反應(yīng)器的所有單體完全轉(zhuǎn)化為聚合物凝膠。將凝膠取出后，根據(jù)使用要求，切成一定大小的塊體，在蒸餾水中浸泡5－24小時(shí)，然后用酒精脫水，50－70℃烘箱中干燥，得到產(chǎn)品。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于工藝簡單、結(jié)構(gòu)可控、重復(fù)性好，所得水凝膠的孔徑為0.5－10微米。
文檔編號(hào)C08F20/00GK1763123SQ20051008667
公開日2006年4月26日 申請(qǐng)日期2005年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月20日
發(fā)明者葛昌純, 燕青芝 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)