一種具有超快速各向異性吸水性能的pegma/pegda水凝膠纖維的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于水凝膠纖維的制備領(lǐng)域，特別涉及一種具有超快速各向異性吸水性能的PEGMA/PEGDA水凝膠纖維的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]水凝膠是一類由有機(jī)高分子與水組成的具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的軟濕性材料，根據(jù)交聯(lián)方式的不同，水凝膠可分為化學(xué)交聯(lián)結(jié)構(gòu)和物理交聯(lián)結(jié)構(gòu)。其中，化學(xué)交聯(lián)的水凝膠由于交聯(lián)點(diǎn)對(duì)分子鏈運(yùn)動(dòng)的限制，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性強(qiáng)，但溶脹響應(yīng)速率大大落后于物理交聯(lián)水凝膠。因此，在保持化學(xué)交聯(lián)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，通過控制交聯(lián)密度和交聯(lián)條件以提高化學(xué)交聯(lián)水凝膠的溶脹響應(yīng)速率有著重要意義。
[0003]日本學(xué)者Sato Matsuo研究指出，在凝膠化過程中存在動(dòng)態(tài)波動(dòng)，會(huì)造成凝膠內(nèi)部形成不均一結(jié)構(gòu)，例如支化、交聯(lián)點(diǎn)密度不均一等，這些結(jié)構(gòu)的形成會(huì)造成凝膠含水率和溶脹性能的改變。
[0004]此外，化學(xué)交聯(lián)的水凝膠由于交聯(lián)結(jié)構(gòu)本身的限制，通常僅能通過原位聚合制備三維結(jié)構(gòu)的塊狀材料，這種單一的維度結(jié)構(gòu)限制了水凝膠材料的應(yīng)用。目前，國外Adams研究團(tuán)隊(duì)通過微流體內(nèi)的動(dòng)態(tài)聚合制備了纖維狀的聚乙二醇雙丙烯酸酯PEGDA凝膠材料，但并未實(shí)現(xiàn)化學(xué)交聯(lián)水凝膠纖維的連續(xù)和可控制備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種具有超快速各向異性吸水性能的PEGMA/PEGDA水凝膠纖維的制備方法，該方法制備得到的水凝膠纖維結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，吸水性能好，對(duì)水凝膠材料的開發(fā)應(yīng)用和后期加工有著非常重要的意義。
[0006]本發(fā)明的一種具有超快速各向異性吸水性能的PEGMA/PEGDA水凝膠纖維的制備方法，包括:
[0007](I)室溫下，通過聚合反應(yīng)制備聚乙二醇甲基丙烯酸酯鏈PEGMA ;
[0008](2)室溫下，將PEGMA與聚乙二醇雙丙烯酸脂PEGDA按質(zhì)量比為1:1?1:10制備質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10-100 %的聚合物水溶液，加入光引發(fā)劑，超聲分散，攪拌，至光引發(fā)劑完全溶解，得到PEGMA/PEGDA紡絲液；其中，光引發(fā)劑的加入量為PEGDA質(zhì)量的5-10%。，超聲分散與攪拌過程均在避光環(huán)境中進(jìn)行；
[0009](3)室溫下，將步驟(2)中得到的紡絲液通過計(jì)量栗以2-10ml/h擠出速率通過紡絲噴頭通入水浴，距離紡絲液出口 5-8mm處設(shè)置波長200_400nm的紫外光點(diǎn)光源，光路方向與紡絲液擠出方向成60-90°角，光斑距離擠出紡絲液5mm-lcm，從而引發(fā)紡絲液中PEGDA的自由基聚合反應(yīng)，得到PEGMA/PEGDA初生水凝膠纖維；
[0010](4)以滾筒為卷繞裝置，對(duì)步驟(3)中得到的初生水凝膠纖維進(jìn)行牽伸，得到具有超快速各向異性吸水性能的PEGMA/PEGDA水凝膠纖維。
[0011]所述步驟(I)中聚合反應(yīng)為紫外光引發(fā)的自由基聚合。
[0012]所述步驟(I)中PEGMA的分子量Mw>5000。
[0013]所述步驟(2)中PEGDA的分子量Mw = 300-1000。
[0014]所述步驟(2)中光引發(fā)劑為水溶性2-羥基-4’-(2-羥乙氧基)-2_甲基苯丙酮IRGACURE 2959。
[0015]所述步驟(2)中超聲分散的時(shí)間為6h。
[0016]所述步驟⑵中攪拌的時(shí)間為6h。
[0017]所述步驟(2)中的紡絲液為無色透明狀液體，無雜質(zhì)和懸浮顆粒。
[0018]所述步驟(2)中避光反映的目的為避免太陽光中的紫外光引發(fā)紡絲液進(jìn)行自由其φ A
座來口。
[0019]所述步驟(3)中紡絲噴頭出口直徑為0.6mm-1.5mm，長徑比為13-33，紡絲噴頭浸于水浴液面以下0.5-2cm，紡絲液擠出方向與液面垂直。
[0020]所述步驟(4)中卷繞裝置設(shè)在凝固浴液面外。
[0021]所述步驟(4)中滾筒的直徑為5-10cm，線速度為200-800m/h。
[0022]所述步驟(4)中得到的水凝膠纖維進(jìn)行吸水性能測試，含水率WT =(吸水后質(zhì)量Mw-初始質(zhì)量M。) /初始質(zhì)量M。。
[0023]本發(fā)明擬制備一種化學(xué)交聯(lián)的快速吸水水凝膠纖維，以低分子量的PEGDA齊聚物為凝膠單體，以PEGMA鏈為互傳單元，通過牽伸力條件下的自由基聚合，制備半互穿形式的PEGDA/PEGMA水凝膠纖維，通過穩(wěn)定的牽伸力及PEGMA的互穿作用，破壞PEGDA網(wǎng)絡(luò)的規(guī)整度，提高PEGDA化學(xué)交聯(lián)凝膠的溶脹性能和吸水速率，實(shí)現(xiàn)一類結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性優(yōu)異的高吸水凝膠纖維的制備，對(duì)水凝膠材料的開發(fā)應(yīng)用和后期加工有著非常重要的意義。
[0024]有益效果
[0025]本發(fā)明的方法制備得到的水凝膠纖維結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，吸水性能好，對(duì)水凝膠材料的開發(fā)應(yīng)用和后期加工有著非常重要的意義。
【附圖說明】
[0026]圖1為實(shí)施例1中PEGMA/PEGDA水凝膠纖維宏觀及微觀結(jié)構(gòu)；其中A為PEGMA/PEGDA水凝膠纖維絲桶的宏觀形貌圖，B為PEGMA/PEGDA水凝膠纖維的掃描電子顯微鏡圖，C為PEGMA/PEGDA水凝膠纖維的熒光顯微鏡圖；
[0027]圖2為實(shí)施例1中PEGMA/PEGDA水凝膠纖維和塊狀體凝膠的吸水響應(yīng)曲線；其中，A為PEGMA/PEGDA水凝膠纖維吸水響應(yīng)曲線，B為塊狀體凝膠吸水響應(yīng)曲線；圖3為凝膠纖維各向異性吸水性能統(tǒng)計(jì)柱狀圖；
[0028]圖3為實(shí)施例1中凝膠纖維各向異性吸水性能統(tǒng)計(jì)柱狀圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0030]實(shí)施例1
[0031]室溫下稱取3g PEGMA單體、0.15g光引發(fā)劑IRGA⑶RE 2959，避光攪拌至光引發(fā)劑完全溶解，用波長400nm的紫外光源對(duì)PEGMA進(jìn)行聚合，制備長鏈PEGMA ;稱取4g去離子水，3g PEGDA (Mw = 300)，0.03g IRGACURE2959，超聲分散，室溫下避光磁力攪拌 6h 至 IRGACURE2959完全溶解獲得紡絲液。用內(nèi)徑0.6mm、長2cm的毛細(xì)管為紡絲噴頭，利用推進(jìn)栗將紡絲液通入去離子水浴，推進(jìn)速率2ml/h，紡絲噴頭浸于水浴液面以下0.5cm。在距離噴絲口 8mm處設(shè)置90°紫外點(diǎn)光源，波長400mm，光斑距離紡絲液5mm。設(shè)置直徑6cm的滾筒線速度為406.9m/h，對(duì)初生水凝膠纖維進(jìn)行卷繞收集，獲得連續(xù)微米級(jí)水凝膠纖維。
[0032]圖1是PEGMA/PEGDA水凝膠纖維宏觀及微觀結(jié)構(gòu)。由圖1A可見，制備的PEGMA/PEGDA水凝膠纖維連續(xù)均勻，可以很好地進(jìn)行連續(xù)收集；由圖1B可見，在電子顯微鏡下觀察，水凝膠纖維直徑分布均勻，取向性好，表面光滑，維持了良好的纖維結(jié)構(gòu)；由圖1C可見，這種半互穿結(jié)構(gòu)的水凝膠纖維具有良好的柔性，說明PEGMA互穿鏈的引入提高了化學(xué)交聯(lián)結(jié)構(gòu)PEGDA的柔性，為