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聚丙烯酸水凝胶的制备研究

孟立山;李书静;姚新建

【摘要】以丙烯酸为单体,N,N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,过硫酸铵为引发剂,通

过自由基聚合制备了聚丙烯酸水凝胶.考察了交联剂、引发剂、单体中和度、聚合

温度以及盐溶液对水凝胶溶胀性能的影响.结果表明,引发剂为单体质量的0.6％,交

联剂为0.8％,单体的中和度为70％时,凝胶的溶胀性能最佳,吸水率达到了3000％

以上,聚丙烯酸水凝胶的溶胀性能随着盐溶液浓度的增大而降低.

【期刊名称】《应用化工》

【年(卷),期】2014(043)002

【总页数】3页(P222-224)

【关键词】聚丙烯酸;水凝胶;溶胀率

【作者】孟立山;李书静;姚新建

【作者单位】周口师范学院化学化工学院,河南周口466001;周口市安全生产应急

救援指挥中心,河南周口466000;周口师范学院化学化工学院,河南周口466001;周

口师范学院化学化工学院,河南周口466001

【正文语种】中文

【中图分类】TQ314.253

水凝胶具有介于液体与固体之间的三维网络，是一种能吸收大量水分溶胀而不溶解

的高分子聚合物，它能够吸收相当于自身质量数百倍甚至是上千倍的水分［1］。

根据水凝胶对外界刺激不同的响应情况，可把水凝胶区分为两大类:①传统型水凝

胶，对环境的变化不特别明显;②智能型水凝胶，对外界溶剂、温度、pH、声波、

电场、磁场、光、压力、离子强度等的微小变化与刺激进行响应［2-3］，并且能

够针对变化采取相应的“对策”，水凝胶自身的构象、相结构、极性、组织结构等

性质能随之变化，表现出智能特性。因而在各种酶催化开关、肥料的缓控释、分离

膜的制作、柔性执行元件、活性酶包埋、生物传感器、癌症分子诊断、药物的控制

释放、微机械、凝胶萃取以及其他的物质分离提纯方法、细胞等生物材料培养等方

面有着十分广阔的应用前景［4-5］。

聚丙烯酸类水凝胶中含有大量羧基亲水基，是典型的pH敏感型水凝胶。目前有关

丙烯酸类水凝胶的合成仍是人们研究的热点。本文通过改变合成聚丙烯酸水凝胶的

交联剂用量、引发剂用量、单体浓度、中和度、反应温度等方法，较为全面的研究

了影响聚丙烯酸水凝胶溶胀性能各种因素。

1实验部分

1.1试剂与仪器

丙烯酸(AA)、氢氧化钠、过硫酸铵(APS)均为分析纯;N，N-亚甲基双丙烯酰胺

(BIS)，化学纯。

HH-S型恒温水浴锅;AL-204型电子天平;DF-101S型集热式恒温加热磁力搅拌

器;DHG-9070A型电热鼓风干燥箱;WQF-310型傅里叶变换红外光谱仪。

1.2聚丙烯酸水凝胶的制备

量取20mL的丙烯酸，用质量分数为30%的氢氧化钠溶液部分中和后，加入一定

量的N，N-亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵，混合，在75～80℃下聚合，得水凝

胶，以蒸馏水浸泡纯化，切成边长为3cm的水凝胶块，放烘箱烘干至衡重。

1.3聚丙烯酸水凝胶溶胀率测定

室温下，将水凝胶浸泡于特定的介质中，使其溶胀，每隔4h取出，用滤纸快速

除去水凝胶表面水分后称其质量，计算溶胀率。

式中，Wt表示t时刻水凝胶的总质量;Ws表示干水凝胶的质量。

2结果与讨论

2.1聚丙烯酸水凝胶的溶胀动力学

取烘干的水凝胶，浸泡到盛有蒸馏水的烧杯中，使其吸水溶胀，每隔4h取出称

其质量，计算SR值，结果见图1。

图1水凝胶溶胀率随时间变化曲线Fig.1Theswellingratioofhydrogelswith

time

由图1可知，约20h达到溶胀平衡。聚丙烯酸水凝胶中的─COOH、─COO－为

亲水基，它们与水分子发生水合作用，使高分子网束张展，网内外出现离子浓度差，

因而网状结构内外产生渗透压，水分子就以渗透压作用向网内渗透;再加上─COO

－之间的静电排斥作用，使得水凝胶能够吸收大量的水而溶胀直至到达平衡状态。

2.2引发剂用量对水凝胶吸水性能的研究

中和度为80%，交联剂用量1%，研究引发剂用量对水凝胶溶胀性能的影响，结

果见图2。

图2水凝胶溶胀率随引发剂用量变化关系曲线Fig.2Theswellingratioof

hydrogelswiththeamountofinitiator

由图2可知，随着引发剂用量的增加，溶胀率大体上呈现出先上升后下降的趋势，

引发剂含量0.6%时，溶胀率达到最高。这是由于引发剂用量低时，体系中活性自

由基少，反应速