[发明专利]具有三元互穿网络结构的新型温度响应型吸水剂的制备方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及具有三元互穿网络结构的新型温度响应型吸水剂的制备方法。

二、背景技术

环境响应型吸水剂是一种发展迅速的高分子材料。它一般通过共价键、氢键或范德华力等作用力构成，具有良好的吸水性，且吸水后可因外界环境的改变而发生物理结构和化学性质的变化。环境响应型吸水剂主要包括pH响应型吸水剂、电响应型吸水剂、温度响应型吸水剂等，其中温度响应型吸水剂只需通过一定的温度变化便可达到脱水的性能，相较于其他类型的吸水剂，具有低能耗、易操作、低污染等优势，具有很好的应用前景。

N-异丙基丙烯酰胺、N-乙烯基异丁酰胺等为常见的温度响应型吸水剂制备单体聚合物。这些单体在交联剂的作用下形成的材料能够在常温下吸水，且可在一定温度下脱水，属于温度响应型吸水剂。N-异丙基丙烯酰胺的低临界溶解温度(LCST)在32℃左右，当温度低于LCST时，吸水剂高分子链与水分子发生水合作用而吸水膨胀，当环境温度高于LCST时，吸水剂高分子的疏水作用增强，水分子被排除，完成脱水。

然而，单一的吸水剂制备单体的吸水和脱水性能是有限的，而添加亲水性材料能够提高吸水剂的吸水能力和脱水效率。γ-聚谷氨酸具有较高的吸水性能，机械强度和生物相容性好，且无毒无害。聚乙二醇具有良好的水溶性，是典型的亲水性材料。将温度响应型单体与以上两种具有强亲水性的聚合物反应，可以生成吸水和脱水性能更好的温度响应型吸水剂。

温度响应型吸水剂采用互穿网络交联法制备。互穿网络交联法是指由两种或两种以上聚合物通过网络互穿缠结而形成的一类独特的聚合物共混物。该技术具有强迫交联的特点，可使性质不同的聚合物交联缠结成三维网络。

三、发明内容

本发明提出了一种使用互穿网络交联法制备温度响应型吸水剂的新方法。该方法简单易行，反应快速。按照本发明所提方法制备出的吸水剂不仅有较大的吸水能力，较大的吸水倍数，而且在外界温度改变时，吸水剂可收缩，重新获得纯水。温度响应型三元网络互穿吸水剂采用N-异丙基丙烯酰胺、γ-聚谷氨酸和聚乙二醇作为合成基本单体。

本发明具体操作方法和步骤：

称取温度响应型单体N-异丙基丙烯酰胺、γ-聚谷氨酸和交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺添加到烧杯中，其中N-异丙基丙烯酰胺与γ-聚谷氨酸的质量比为10∶1，交联剂的添加量占单体总质量的1％～5％，于室温下溶解。

在上述完全溶解后的溶液中加入分子量为4000左右的聚乙二醇，其与N-异丙基丙烯酰胺的质量比为1∶1，并于室温完全溶解后，通入氮气30min。

在上述溶液中加入占单体总质量5％的引发剂过硫酸铵和0.3％促进剂N，N，N，N-四甲基乙二胺。搅拌溶解后密封，室温下反应1～2h，得到透明吸水剂。将其浸泡在去离子水中5～7d，每天换水，充分洗去未反应的单体及其他杂质，烘干，得到温度响应型三元互穿网络吸水剂。

将制成温度响应型三元互穿网络吸水剂作为正渗透汲取剂，应用于污水处理、海水淡化、污泥脱水等环境领域。本发明中，通过互穿网络交联法将温度响应型单体与两种强亲水性单体进行反应，形成温度响应型三元互穿网络吸水剂，并作为汲取剂应用于正渗透分离过程。采用加热法对吸水饱和的吸水剂脱水，以获得纯水。以本发明的温度响应型三元互穿网络吸水剂作为正渗透汲取物质，具有无内浓差极化现象、膜污染小、能耗低及后续处理简便等优点，有广泛的应用前景。

除此之外，由本发明制得的温度响应型三元互穿网络吸水剂还可以应用于卫生用品中，例如餐巾纸、抹布和婴儿尿裤等。将温度响应型三元互穿网络吸水剂参杂到卫生用品中，可有效提高其吸水时间和吸水能力。并且温度响应型三元互穿网络吸水剂还可以用作干燥剂或防潮剂等。

四、具体实施方式：

实施例一：将0.5020gN-异丙基丙烯酰胺和0.0502gγ-聚谷氨酸加入到15mL去离子水中，再加入0.0115g交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌均与，加入0.5020g聚乙二醇，再次搅拌均匀，通氮气30min，加入0.0115g引发剂过硫酸铵和40μL促进剂N，N，N，N-四甲基乙二胺，密封。室温反应2h，待反应完全停止，将吸水剂取出，浸泡在去离子水中5d，每天换水，充分洗去未反应的单体及其他杂质，烘干。

将完全干燥后的吸水剂浸泡在去离子水中，通过吸水剂的质量变化测定其吸水膨胀倍数；将吸水膨胀平衡的吸水剂置于40℃水浴中，通过吸水剂质量变化测定其脱水率。通过实验测得，根据本发明技术制得的温度响应型三元互穿网络吸水剂的最大吸水膨胀倍数约为100g/g；在40℃时，30min脱水率高达95％。