本发明属于水凝胶
技术领域：
，尤其涉及一种phema水凝胶及其制备方法。
背景技术：
：水凝胶顾名思义，它是一类凝胶状的高分子，以水作为分散介质，其分子结构当中含有大量的亲水性的基团，使之能够与水具有很强的结合能力，结构上来说，具有交联的三维立体网状结构从而使大量的水中能够充满在大分子中，具有很好的黏弹性。水凝胶的研究历史非常悠久，并且，在现在关于水凝胶的研究也非常炽手可热，科学家们正在研制，性能更加优良的水凝胶，水凝胶的应用的范围也在被极大地拓宽，在这个科学技术飞速发展的时代，关于新型功能材料的竞争也变得越来越激烈，水凝胶由于其具有的独特的杰出的优良性能，正在得到越来越多的关注。phema水凝胶虽然它的透光性能和机械性能都非常好，但是它的氧气的透过性并不高。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种phema水凝胶及其制备方法，旨在解决现有技术中的phema水凝胶的氧气的透过性并不高的技术问题。为实现上述目的，本发明实施例提供的一种phema水凝胶，包括按质量百分比计的以下原料：35～39％的甲基丙烯酸-2-羟乙酯；34～38％的n-乙烯基吡咯烷酮；23～27％的水；0.8～1.2％的交联剂；以及0.4～0.8％的过硫酸铵。可选地，该phema水凝胶还包括按质量百分比计的以下原料：0.5～1.5％的抗菌剂。可选地，所述抗菌剂包括按质量百分比计的以下原料：70～80％的氧化锌晶须；15～25％的氧化镁晶须；以及4～7％的碳酸银。可选地，所述氧化锌晶须为四针状氧化锌晶须。可选地，该phema水凝胶还包括按质量百分比计的以下原料：0.1～0.5％的防霉剂。可选地，所述防霉剂为纳米氧化锌分散液。可选地，所述过硫酸铵的用量为0.5％。可选地，所述交联剂为二甲基丙烯酸乙二醇酯。本发明实施例提供的phema水凝胶中的上述一个或多个技术方案至少具有如下技术效果之一：1、该phema水凝胶通过加入34～38％的n-乙烯基吡咯烷酮，得到的二元共聚水凝胶在平衡含水量方面比均聚的phema水凝胶要高出许多，表明引入n-乙烯基吡咯烷酮增强了共聚物的亲水性和透氧性；由于酰胺键与水的结合能力也非常强，因此它的存在也提高了共聚物的含水量，使共聚物的亲水能力得到了增强；2、该phema水凝胶通过加入0.4～0.8％的过硫酸铵作为引发剂，得到的phema水凝胶的平衡含水量和拉伸强度最佳；3、该phema水凝胶通过加入抗菌剂和防霉剂，得到抗菌、抗霉效果好的的水凝胶；4、本发明中，所述过硫酸铵的用量进一步优选为0.5％，当引发剂的用量达到一定的量的时候(0.5％wt)，浸入到水凝胶网络当中的水分子被聚合物的链包容固定，因此此时的拉伸强度达到最高；然后，继续增加引发剂的用量，则扩散进入到水凝胶结构当中的水分子在显著减少，因此其拉伸强度也会下降；此外，当引发剂的含量达到0.5％，水凝胶的平衡含水量达到最高，当引发剂的含量继续增加的时候，水凝胶的平衡含水量不再继续上升，而是出现了下降的情况。在自由基聚合反应当中，引发剂的用量对聚合反应的反应速率会产生重要影响。在自由基聚合反应当中，引发剂的含量对聚合的反应速率有着密切的关系，当引发剂含量的比较少的时候，聚合反应比较缓慢，水凝胶的交联程度也是比较低的，因此形成的交联网络是比较松散的，形状也非常容易发生改变，这样就会导致水分子比较容易进入到水凝胶的结构当中，同理来说，水分子也比较容易从中出来，这样就不可能在比较短的时间内固定住很多的水，其平衡含水量也就比较低；而随着引发剂的用量的增加，聚合反应速率会加快，交联程度也会提高，形成的水凝胶的交联网络的结构也会变得相对致密，这样扩散进入到水凝胶网络结构当中的水分子就可以被聚合物的链所包容，因此它的平衡含水量也就会有所提高；当继续增加引发剂的用量的时候，水凝胶的交联程度会变得更大，所以水凝胶的网络结构就会变得更加的紧密，以至于能够扩散进入到水凝胶结构当中的水分子的数目也会大大减少，故其平衡含水量是下降的。为实现上述目的，本发明实施例提供的上述的phema水凝胶的制备方法，包括以下步骤：1)原料混合：称取配比量的甲基丙烯酸-2-羟乙酯和n-乙烯基吡咯烷酮，加入反应容器中，然后加入配比量的交联剂、抗菌剂以及防霉剂，加入配比量的水作为溶剂，混合均匀；2)共聚反应：加热至75～85℃，开启搅拌，加入配比量的过硫酸铵，反应10～16小时，停止搅拌，继续反应完全，形成凝胶状，停止反应，将聚合物取出，制得phema水凝胶。可选地，该phema水凝胶的制备方法还包括以下步骤：3)制备抗菌剂：称取配比量的氧化锌晶须、氧化镁晶须和碳酸银，混合均匀，然后将上述原料置于马弗炉中，加热至700～800℃，保温1.5～2小时，制得所述抗菌剂。本发明实施例提供的phema水凝胶中的上述一个或多个技术方案至少具有如下技术效果之一：该phema水凝胶的工艺简单，反应条件温和；在步骤3)中，制得载银晶须，得到的抗菌剂抗菌性能优异。具体实施方式下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的实施方式不限于此。实施例1～4中的phema水凝胶的原料配比请见表1。实施例1～4中的抗菌剂的原料配比请见表2。在以下实施例中，所有原料均通过市购获得。其中，防霉剂为纳米氧化锌分散液，氧化锌晶须为四针状氧化锌晶须，交联剂为二甲基丙烯酸乙二醇酯，水为去离子水。表1表2实施例1实施例2实施例3实施例4氧化锌晶须70758079氧化镁晶须25181615碳酸银5746氧化锌晶须70758079实施例1本实施例提供的phema水凝胶的制备方法，包括以下步骤：1)制备抗菌剂：称取配比量的氧化锌晶须、氧化镁晶须和碳酸银，混合均匀，然后将上述原料置于马弗炉中，加热至700℃，保温2小时，制得所述抗菌剂。2)原料混合：称取配比量的甲基丙烯酸-2-羟乙酯和n-乙烯基吡咯烷酮，加入反应容器中，然后加入配比量的交联剂、抗菌剂以及防霉剂，加入配比量的水作为溶剂，混合均匀；3)共聚反应：加热至75℃，开启搅拌，加入配比量的过硫酸铵，反应16小时，停止搅拌，继续反应完全，形成凝胶状，停止反应，将聚合物取出，制得phema水凝胶。实施例2本实施例提供的phema水凝胶的制备方法，包括以下步骤：1)制备抗菌剂：称取配比量的氧化锌晶须、氧化镁晶须和碳酸银，混合均匀，然后将上述原料置于马弗炉中，加热至780℃，保温1.7小时，制得所述抗菌剂。2)原料混合：称取配比量的甲基丙烯酸-2-羟乙酯和n-乙烯基吡咯烷酮，加入反应容器中，然后加入配比量的交联剂、抗菌剂以及防霉剂，加入配比量的水作为溶剂，混合均匀；3)共聚反应：加热至78℃，开启搅拌，加入配比量的过硫酸铵，反应14小时，停止搅拌，继续反应完全，形成凝胶状，停止反应，将聚合物取出，制得phema水凝胶。实施例3本实施例提供的phema水凝胶的制备方法，包括以下步骤：1)制备抗菌剂：称取配比量的氧化锌晶须、氧化镁晶须和碳酸银，混合均匀，然后将上述原料置于马弗炉中，加热至750℃，保温1.7小时，制得所述抗菌剂。2)原料混合：称取配比量的甲基丙烯酸-2-羟乙酯和n-乙烯基吡咯烷酮，加入反应容器中，然后加入配比量的交联剂、抗菌剂以及防霉剂，加入配比量的水作为溶剂，混合均匀；3)共聚反应：加热至80℃，开启搅拌，加入配比量的过硫酸铵，反应13小时，停止搅拌，继续反应完全，形成凝胶状，停止反应，将聚合物取出，制得phema水凝胶。实施例4本实施例提供的phema水凝胶的制备方法，包括以下步骤：1)制备抗菌剂：称取配比量的氧化锌晶须、氧化镁晶须和碳酸银，混合均匀，然后将上述原料置于马弗炉中，加热至800℃，保温1.5小时，制得所述抗菌剂。2)原料混合：称取配比量的甲基丙烯酸-2-羟乙酯和n-乙烯基吡咯烷酮，加入反应容器中，然后加入配比量的交联剂、抗菌剂以及防霉剂，加入配比量的水作为溶剂，混合均匀；3)共聚反应：加热至85℃，开启搅拌，加入配比量的过硫酸铵，反应10小时，停止搅拌，继续反应完全，形成凝胶状，停止反应，将聚合物取出，制得phema水凝胶。实施例5本实施例对实施例1～4制得的phema水凝胶的透氧量和大肠杆菌的抗菌率进行了测试，测试结果请参阅表3。表3对比例1本对比例与实施例3的区别在于：本实施例中的过硫酸铵的用量为0.3％。本实施例的其余部分与实施例3相同，在本实施例中未解释的特征，均采用实施例3的解释，这里不再进行赘述。对比例2本对比例与实施例3的区别在于：本实施例中的过硫酸铵的用量为0.4％。本实施例的其余部分与实施例3相同，在本实施例中未解释的特征，均采用实施例3的解释，这里不再进行赘述。对比例3本对比例与实施例3的区别在于：本实施例中的过硫酸铵的用量为0.8％。本实施例的其余部分与实施例3相同，在本实施例中未解释的特征，均采用实施例3的解释，这里不再进行赘述。对比例4本对比例与实施例3的区别在于：本实施例中的过硫酸铵的用量为1.0％。本实施例的其余部分与实施例3相同，在本实施例中未解释的特征，均采用实施例3的解释，这里不再进行赘述。实施例6本实施例对实施例3以及对比例1～4制得的phema水凝胶的平衡含水量和拉伸强度进行测试。其中，平衡含水量的实验步骤如下：用剪刀剪出大小、形状和重量都相同的两块儿水凝胶样品留待测试。将两块儿待测试的水凝胶的样品放入在小烧杯当中，然后加入适当的蒸馏水，在25℃的环境下浸泡，使水凝胶能够充分吸收水分直至达到溶胀平衡的状态。然后，取出其中的一块儿待测试的样品，拿干净的滤纸吸收掉样品表面的残留水分，当样品表面的水被大致吸干净之后，将样品放入进电子精密天平中，记下此时的重量为wt，然后，将另一块儿达到了溶胀平衡的待测试的水凝胶样品放入在干净的小烧杯当中，将此小烧杯放到烘箱中，设置烘箱的温度为60℃，在此条件下进行真空干燥，直至水凝胶的重量不再发生改变为止，即水凝胶达到了恒重的状态，然后将烘干的样品取出来，冷却至室温之后，放进电子天平当中，称得此时凝胶重量，记做为wd。平衡含水量的测试结果请见表4。拉伸强度的实验步骤：用剪刀剪取形状、大小、重量都相同的三份水凝胶样品，将这三份样品用蒸馏水浸泡，使其达到溶胀平衡，然后将样品放进烘箱当中进行烘干，直至达到恒重，然后取出材料，冷却至室温，用c型裁刀截取试样，最好将样品裁剪形成亚铃型的形状，然后用电子拉力机测定其拉伸强度，将温度设为25℃，拉伸速度设为10mm/min，水凝胶的拉伸强度按照如下公式进行计算：拉伸强度＝试样所受到的作用力/试样工作部分的宽度*试样工作部分的厚度。拉伸强度的测试结果请见表5。表4过硫酸铵的含量/％wt/gwd/g平衡含水量/％0.3％0.79470.611230.020.4％0.82600.623932.390.5％0.90490.598351.250.8％1.01920.695446.561.0％0.98710.683744.37表5由表4和表5的测试结果可知，当引发剂(过硫酸铵)的用量达到一定的量的时候(0.5％wt)，浸入到水凝胶网络当中的水分子被聚合物的链包容固定，因此此时的拉伸强度达到最高；然后，继续增加引发剂的用量，则扩散进入到水凝胶结构当中的水分子在显著减少，因此其拉伸强度也会下降；此外，当引发剂的含量达到0.5％，水凝胶的平衡含水量达到最高，当引发剂的含量继续增加的时候，水凝胶的平衡含水量不再继续上升，而是出现了下降的情况。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页1 2 3
技术特征：1.一种phema水凝胶，其特征在于，包括按质量百分比计的以下原料：
35～39％的甲基丙烯酸-2-羟乙酯；
34～38％的n-乙烯基吡咯烷酮；
23～27％的水；
0.8～1.2％的交联剂；以及
0.4～0.8％的过硫酸铵。
2.根据权利要求1所述的phema水凝胶，其特征在于，还包括按质量百分比计的以下原料：0.5～1.5％的抗菌剂。
3.根据权利要求2所述的phema水凝胶，其特征在于，所述抗菌剂包括按质量百分比计的以下原料：
70～80％的氧化锌晶须；
15～25％的氧化镁晶须；以及
4～7％的碳酸银。
4.根据权利要求3所述的phema水凝胶，其特征在于，所述氧化锌晶须为四针状氧化锌晶须。
5.根据权利要求1～4任一项所述的phema水凝胶，其特征在于，还包括按质量百分比计的以下原料：0.1～0.5％的防霉剂。
6.根据权利要求5所述的phema水凝胶，其特征在于，所述防霉剂为纳米氧化锌分散液。
7.根据权利要求1～4或6中任一项所述的phema水凝胶，其特征在于，所述过硫酸铵的用量为0.5％。
8.根据权利要求1～4或6中任一项所述的phema水凝胶，其特征在于，所述交联剂为二甲基丙烯酸乙二醇酯。
9.根据权利要求1～8任一项所述的phema水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)原料混合：称取配比量的甲基丙烯酸-2-羟乙酯和n-乙烯基吡咯烷酮，加入反应容器中，然后加入配比量的交联剂、抗菌剂以及防霉剂，加入配比量的水作为溶剂，混合均匀；
2)共聚反应：加热至75～85℃，开启搅拌，加入配比量的过硫酸铵，反应10～16小时，停止搅拌，继续反应完全，形成凝胶状，停止反应，将聚合物取出，制得phema水凝胶。
10.根据权利要求9所述的phema水凝胶的制备方法，其特征在于，还包括以下步骤：
3)制备抗菌剂：称取配比量的氧化锌晶须、氧化镁晶须和碳酸银，混合均匀，然后将上述原料置于马弗炉中，加热至700～800℃，保温1.5～2小时，制得所述抗菌剂。
技术总结本发明属于水凝胶技术领域，尤其涉及一种PHEMA水凝胶及其制备方法，该PHEMA水凝胶，包括按质量百分比计的以下原料：35～39％的甲基丙烯酸‑2‑羟乙酯；34～38％的N‑乙烯基吡咯烷酮；23～27％的水；0.8～1.2％的交联剂；以及0.4～0.8％的过硫酸铵。该PHEMA水凝胶通过加入34～38％的N‑乙烯基吡咯烷酮，得到的二元共聚水凝胶在平衡含水量方面比均聚的PHEMA水凝胶要高出许多，表明引入N‑乙烯基吡咯烷酮增强了共聚物的亲水性和透氧性；由于酰胺键与水的结合能力也非常强，因此它的存在也提高了共聚物的含水量，使共聚物的亲水能力得到了增强；通过加入0.4～0.8％的过硫酸铵作为引发剂，得到的PHEMA水凝胶的平衡含水量和拉伸强度最佳。该PHEMA水凝胶的制备方法，包括以下步骤：1)原料混合；2)共聚反应。
技术研发人员：岳刚
受保护的技术使用者：岳刚
技术研发日：2020.11.18
技术公布日：2021.03.12
