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聚丙烯酸系列水凝胶的应用

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聚丙烯酸系列水凝胶的应用∗

刘展晴

【摘 要】聚丙烯酸是一种水溶性有机高分子，用它开发出的系列水凝胶已经得到了广泛的应用。本文介绍了聚丙烯酸系列水凝胶在吸附剂、吸水保水剂、制退热贴、药物释放及复合成智能水凝胶等方面的应用。%Polyacrylic acid series hydrogel

prepared from a kind of water-soluble organic polymer solvent has got

extensive application. The applications of polyacrylic acid series hydrogel

in adsorption,water absorption and water retention agent,cooling gel, drug

carrier and drug release, composite the polyacrylic acid of intelligent

hydrogel, etc. ,were introduced in this paper.

【期刊名称】《合成材料老化与应用》

【年(卷),期】2015(000)001

【总页数】4页(P105-108)

【关键词】聚丙烯酸;水凝胶;吸附;敏感性

【作 者】刘展晴

【作者单位】渭南师范学院化学与生命科学学院，陕西渭南714000

【正文语种】中 文

【中图分类】O631;TB34;TQ31

聚丙烯酸是一种性能特异的水溶性有机高分子，水凝胶是由亲水性高分子交联而成的一类特殊的湿软性材料，其结构由水溶剂和三维网络结构的高分子组成，能够在水中显著溶胀但不溶解［1］。用聚丙烯酸开发出的聚丙烯酸系列水凝胶已经得到广泛的应用。根据水凝胶对受外界刺激(如温度、pH值、溶剂、光等)时做出的反应情况的不同，可分为环境敏感型水凝胶(智能水凝胶)和传统水凝胶［2］。智能水凝胶能够感知外界的微小刺激，在药物释放［3］等领域有着广阔的应用前景。水凝胶表面带有-COO－和NH4+等离子，可用作吸附剂，吸附离子液体、阳离子表面活性剂、重金属离子等。水凝胶性质柔软，吸水性强且能保持一定的形状;被广泛应用作吸水剂，应用在退热贴、香料载体及化妆品中的面膜等方面。水凝胶超强的吸水和保水性能，可作为保水剂用于抗旱。但必须注意的是，在不同的领域应用水凝胶时，需选用不同的高分子原料制成的水凝胶，以满足不同的需求。

1 聚丙烯酸系列水凝胶的应用

1.1 聚丙烯酸水凝胶的应用

1.1.1 聚丙烯酸水凝胶对离子液体的吸附

近年来的研究却显示离子液体对环境和生物体存在着潜在的危害。如离子液体进入土壤对植物的生长造成影响;进入水中会污染水体，对水中的动植物的生长、繁殖造成危害。所以减少离子液体对环境和人体的危害势在必行。

王园等［4］将氯化1－丁基3－甲基咪唑离子液体作为吸附对象，用聚丙烯酸水凝胶进行吸附。比较在不同温度、pH值、吸附时间条件下的吸附量发现:聚丙烯酸水凝胶对离子液体的吸附量随时间的增加而增大，约60min后吸附量基本达到平衡。根据扩散机理，刚开始时吸附量随温度升高而增大;但随着温度的上升吸附量逐渐减小。pH值较小时不利于聚丙烯酸水凝胶的吸附，吸附量随pH值的增大变化不明显;但当pH＞8时，由于水凝胶表面负电荷增多，吸附的静电作用加强，使得吸附量增加。

1.1.2 聚丙烯酸水凝胶对表面活性剂的吸附 表面活性剂是一类在很低浓度时就能显著降低液体表面张力的有机溶剂。现今，表面活性剂已经成为使用最广的有机化合物之一，同时其所造成的污染也是最严重的，表面活性剂带来的危害已经引起了人们的关注。

王园等［4］将十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)阳离子表面活性剂作为吸附对象，用聚丙烯酸水凝胶进行吸附。研究了在不同温度、pH值和时间条件下聚丙烯酸水凝胶对十六烷基三甲基溴化铵表面活性剂的吸附作用。通过测定，在不同温度下，随时间的增加聚丙烯酸水凝胶对十六烷基三甲基溴化铵阳离子表面活性剂的吸附量逐渐增大，约25min后吸附趋近平衡。较低温度下的吸附效果比较高温度条件下的吸附效果要好。pH值较小时，不利于吸附的进行;但随pH值的升高，聚丙烯酸水凝胶表面负电荷逐渐增多，使得吸附增量。pH值越大吸附量越大。

1.1.3 聚丙烯酸水凝胶为反应器的研究

聚丙烯酸纳米水凝胶具有受外界环境诱导而膨胀、收缩和生物相容性以及有利于多价物质耦合的特性;广泛应用在各重大生物医学领域，如药物载体、药物释放、纳米生物传感器以及非手术可注射的人体组织工程的基体等。廖谦等［5］用羟丙基纤维素(HPC)作为模版并且借助HPC的相转变特性，采用无皂化乳液聚合新方法制备了聚丙烯酸纳米水凝胶。原创性地提出了聚丙烯酸纳米水凝胶为反应器，用聚丙烯酸纳米水凝胶原位诱导合成超顺磁性Fe3O4纳米粒子。所制备的聚丙烯酸-Fe3O4纳米粒子尺寸小、尺寸分布窄，无团聚现象等;Fe3O4纳米粒子包覆于聚丙烯酸纳米水凝胶粒子内部，并发现纳米粒子间呈“蠕虫链”结构;这种“蠕虫链”结构能更有效地提高MRI磁共振造影剂的肿瘤诊断及靶向作用。根据超顺磁性磁共振造影剂的工作原理，聚丙烯酸-Fe3O4纳米粒子可开发为新一代超顺磁性磁共振造影剂，为癌症靶向、药物释放、磁共振成像等前沿领域的生物医药材料提供了一个高度集成的纳米平台及其制备方法，具有很高的潜在应用价值。

1.2 聚丙烯酸钠水凝胶的应用 1.2.1 聚丙烯酸钠水凝胶在农业中的应用

水凝胶是一种新型的功能高分子材料，具有超强的吸水性，水凝胶能快速吸收比自身重几十倍至百倍的含盐水，数百倍的脱离子水;从而可以有效的控制土壤中的水分蒸发，促进植物的根系生长发育，满足植物生长需求，同时还能改善土壤结构，增加土壤活性，减少土壤板结等。将水凝胶与肥料按一定的比例配成复合肥料掺入土壤中，可提高肥料的利用率，减少肥料的流失。

韦尉宁等［6］以淀粉、壳聚糖、丙烯酸为原料，(NH4)2S2O8-NaHSO4体系为引发剂、N，N－二甲基丙烯酰胺为交联剂，用淀粉－壳聚糖－丙烯酸三元物接枝共聚法制备聚丙烯酸钠－壳聚糖－淀粉凝胶吸水材料，可提高吸水倍数，降低成本，还能达到抗菌的效果。

谢奕明等［7］以丙烯酸、膨润土为原料，环己烷为分散介质，司班60和十二烷基苯磺酸钠为分散剂，过硫酸钾为引发剂;N，N－亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，采用反相悬浮的方法合成了膨润土/聚丙烯酸钠超吸水性水凝胶复合材料。应用在农业方面取得了很好的效果。

如甘肃某地菜地将水凝胶和营养液按一定配比配成复合肥料掺入土壤中种植大白菜，每亩产量增加60%，单棵重量由原来的平均3.5kg增加到5kg。将水凝胶用作保水剂，在移栽植物时可大大降低苗木的死亡率。

1.2.2 以聚丙烯酸钠水凝胶为基材制退热贴

黄玮等［8］利用水凝胶的高吸水保水性，以聚丙烯酸水凝胶为基材，将少量的天然清凉剂和大量的水加入水凝胶中制成退热贴。此种退热贴利用人体发烧时产生的热量来使得退热贴中的水分蒸发，从而达到降温的效果，具有天然清凉剂和物理降温的双重功效;同时水凝胶自身具有粘附性，使用时只需将退热贴贴于前额处，无“拔毛之痛”。与传统的物理降温方法，如冰敷、酒精擦身、冷毛巾敷相比使用更方便。 黄玮等［8］所制备的退热贴含水率约为50%，低于日本生产的退热贴73%的含水率。用钢板对退热贴的粘附力进行测定，将退热贴悬挂在钢板上，记录悬挂时间。结果发现，退热贴悬挂在钢板上45s后即脱落，与此同时日本产退热贴同样无法粘附住;说明以聚丙烯酸钠为基材制备的退热贴因含水率的降低反而提高了退热贴的粘附力和强度。

1.2.3 聚丙烯酸钠水凝胶与药物释放

微创治疗能很大程度地缓解传统的组织重建手术给患者带来的痛苦和减少并发症，已经引起了人们的广发关注。水凝胶在水环境下会发生膨胀，但不会溶解，是一种用于微创治疗的优良材料。马晓晔等［9］采用自由基聚合法合成制备了自膨胀PAAS-SF semi-IPN水凝胶(聚丙烯酸钠－丝素蛋白半互穿网络水凝胶)，研究抗生素药物阿莫西林(AMO)在PAAS-SF semi-IPN水凝胶中的包载与释放性能。结果显示，随水凝胶中丝素蛋白(SF)含量的增加，膨胀率增大，药物释放速率加快;如在120h内PAAS-SF20 semi-IPN水凝胶内能释放(83.4±0.9)%的药物。显示出了良好的药物释放能力，在药物输送方面有着广阔的应用前景。

1.3 聚丙烯酸复合水凝胶的应用

1.3.1 聚丙烯酸智能水凝胶的敏感性

智能水凝胶又称为环境敏感型水凝胶，具有独特的响应性，能够对外界环境的刺激产生快速的响应，如对 pH值、重金属离子、温度、声波、电场、溶剂、光、压力以及温度-pH值双重改变等微小变化和刺激进行响应。因其独特的响应性，在化学传感器、组织工程、物质分离等领域有着广泛的应用前景［10］。如 Wang 等［11］用壳聚糖和聚丙烯酸制备了pH值敏感的复合水凝胶，不仅具有很明显的pH值敏感性，而且也降低合成成本。黄玉萍等［12］首先合成了低分子量的聚丙烯酸钠，然后在低分子量的聚丙烯酸钠的基础上通过水溶液聚合法合成低分子量聚丙烯酸钠/丙烯酰胺水凝胶。研究其对Cu2+、Zn2+、Pb2+重金属离子和Na+的敏感性，通过测定，低分子量聚丙烯酸钠/丙烯酰胺对重金属离子的敏感性大小为Pb2+＞Cu2+＞Zn2+。

1.3.2 低分子量聚丙烯酸钠/丙烯酰胺水凝胶的敏感性吸附

黄玉萍等［12］在低分子量的聚丙烯酸钠的基础上通过水溶液聚合法合成低分子量聚丙烯酸钠/丙烯酰胺水凝胶。为测定其敏感性吸附选用Pb2+为代表，利用水凝胶溶胀的吸附性，研究低分子量聚丙烯酸钠/丙烯酰胺水凝胶对重金属离子的吸附［13］作用。结果显示，pH值较小时吸附能力较弱，随pH值的增大吸附量逐渐增大。当到达pH=4.0时吸附效果最好，之后随着pH值的继续增大，吸附量呈先增加后减小的趋势。水凝胶对Pb2+的吸附量随温度的升高而增大，但当温度升至50℃时，吸附量却呈下降趋势。当温度过高时，水凝胶中的三维网状结构的链段运动速度加快，使交联点间的距离减小，内部的网络空间也随之减小，高分子网络所能容纳液体量也减小，使吸附量降低。在pH值较小时，水凝胶中的羧基电离受到抑制，羧基以-COOH形式存在;同时氨基被质子化以形式存在，氮原子的配位能力受到影响，使吸附受到抑制。随pH值的升高，平衡向右移动，水凝胶中氨基和羧基分别以-和-COO－的形式存在，有利于水凝胶对重金属离的吸附。

1.3.3 壳聚糖/聚丙烯酸水凝胶磁微球对牛血清白蛋白的吸附与释放

以水凝胶为药物载体，在可控的外界条件下能使药物以一定的速率扩散到环境中，能够有效提高药物的释放效率和降低毒副作用。水凝胶磁微球是由有机高分子和无机磁性粒子(主要是铁或铁的氧化物)相结合形成，具有高分子微球的众多特性和磁响应性的复合微球。它不但能通过共聚或表面改性等方法使其表面带有特殊功能基(如-COOH、-OH、-NH2等)，而且还能在外加磁场作用下方便、迅速地分离。在细胞分离与标记、靶向药物运输、免疫分析和固定化酶等诸多领域的应用受到人们广泛的关注。

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聚丙烯酸水凝胶的制备工艺与性能控制

聚丙烯酸水凝胶的制备工艺与性能控制

聚丙烯酸水凝胶的制备工艺与性能控制

聚丙烯酸（Polyacrylic Acid，PAA）水凝胶是一种高分子材料，具有良好的水溶性和吸水性能，在医学、卫生、环境保护等领域有着广泛的应用。本文将介绍聚丙烯酸水凝胶的制备工艺和性能控制。

一、制备工艺

聚丙烯酸水凝胶的制备主要包括聚合反应和后处理两个步骤。

1. 聚合反应

聚合反应是将丙烯酸单体聚合成聚丙烯酸高分子的过程。具体步骤如下：

（1）准备反应体系：将丙烯酸单体、引发剂和反应介质（如水）按照一定的配比加入反应釜中。

（2）引发反应：加热反应釜，使反应体系温度升高到引发剂的活化温度，引发剂开始分解产生自由基，引发聚合反应。

（3）收集制备好的聚丙烯酸水凝胶：待聚合反应完成后，将制备好的聚丙烯酸水凝胶从反应釜中取出。

2. 后处理

后处理是指对聚丙烯酸水凝胶进行物理或化学处理，以改善其性能或满足特定的应用需要。常见的后处理方法包括交联处理和改性处理。

（1）交联处理：通过引入交联剂，使聚丙烯酸水凝胶分子链相互交联，以提高其稳定性和力学性能。交联剂可以是化学交联剂，如乙二醇二丙烯酸酯（EGDA）；也可以是物理交联剂，如热处理或紫外光照射。 （2）改性处理：通过引入其他成分或化学反应，改善聚丙烯酸水凝胶的性能。例如，向聚丙烯酸水凝胶中添加纳米颗粒可以增加其机械强度和吸附性能；向聚丙烯酸水凝胶中引入氨基酸可以增加其生物相容性。

二、性能控制

聚丙烯酸水凝胶的性能控制是制备过程中的关键环节，下面将介绍几个常见的性能控制因素。

1. 单体浓度

聚丙烯酸水凝胶的单体浓度会影响其最终的吸水性能和力学性能。当单体浓度较低时，聚合反应难以进行，生成的水凝胶可能会失去一些特性；当单体浓度过高时，反应体系粘度增加，聚合反应可能会受到扩散的影响。

2. 引发剂的选择

引发剂的选择会影响聚合反应的速率和效果。常用的引发剂有过硫酸盐、亚离子无机盐和有机过氧化物等。选择适当的引发剂可以控制聚合反应的活性和反应速率，从而影响聚丙烯酸水凝胶的形成过程和最终性能。

ucst型相变水凝胶

ucst型相变水凝胶

ucst型相变水凝胶

UCST型相变水凝胶是一种基于聚丙烯酸（PAAc）和聚丙烯酰胺（PAAm）复合物的水凝胶。这种水凝胶在特定的温度下会发生相变，即从液态转变为固态或从固态转变为液态。这种相变行为可以用于许多应用，例如温度敏感的软机器人、智能材料、自适应材料和热能储存等。

通过非均相光聚合的方法，可以制备出双层UCST型相变水凝胶。这种水凝胶包括一层PAAm/PAAc互穿网络（IPN）和一层单网PAAm。当冷却到UCST以下时，PAAm/PAAc层会因为两种聚合物强烈的氢键作用而收缩，而PAAm层处于溶胀状态，从而驱使凝胶产生卷曲，甚至可以变成复杂的2D/3D形状。

UCST型相变水凝胶的相变行为可以通过改变聚合物浓度、交联密度和温度等因素进行调控。此外，由于两层之间的内部水交换，这种水凝胶可以在水浴和油浴中都表现出良好的响应性。

总之，UCST型相变水凝胶是一种具有温度敏感相变行为的智能材料，可以用于许多领域的应用。

丙烯酸 用途

丙烯酸 用途

丙烯酸用途

丙烯酸用途

引言：

丙烯酸是一种重要的有机化合物，具有广泛的应用领域。本文将介绍丙烯酸的主要用途，包括聚丙烯酸盐的合成、树脂制备、纺织行业和建筑材料等方面的应用。

一、聚丙烯酸盐的合成：

1. 超吸水材料：通过聚合丙烯酸盐可以制备超吸水聚合物，用于婴儿尿布、卫生巾、医用敷料等产品，具有优秀的吸水性能和保持性能。

2. 水凝胶：聚合丙烯酸盐可以用于制备水凝胶材料，广泛应用于医药、化妆品、个人护理等领域。

3. 水处理剂：聚合丙烯酸盐具有良好的凝聚和絮凝性能，可以用作水处理剂，用于污水处理、沉淀和悬浮物的去除等。

二、树脂制备：

1. 丙烯酸酯树脂：丙烯酸可以与其他单体进行共聚，制备丙烯酸酯树脂，常用于涂料、粘合剂、油墨、胶粘剂等领域。 2. 聚丙烯酸酯：聚合丙烯酸酯是一种重要的高分子材料，具有优异的耐高温性、耐化学腐蚀性和物理性能，广泛应用于塑料制品、纤维和橡胶等领域。

三、纺织行业：

丙烯酸在纺织行业中广泛应用于纺织品的整理和改性工艺。

1. 涤纶纤维改性：丙烯酸可以与涤纶纤维反应，增强纤维的亲水性和抗静电性能，提高纺织品的舒适性和耐久性。

2. 黏合剂和染料助剂：丙烯酸可以作为纺织品黏合剂的主要成分，用于纺织品的粘合和印花工艺。

四、建筑材料：

1. 水性涂料：丙烯酸可以用作水性涂料的稀释剂和改性剂，提高涂料的耐候性和附着力。

2. 焊接剂：丙烯酸可以用于建筑材料的接合和修补，具有良好的粘接性能和耐久性。

结论：

丙烯酸具有广泛的应用领域。主要用途包括聚丙烯酸盐的合成、树脂制备、纺织行业和建筑材料等方面。丙烯酸及其衍生物在多个领域中发挥着重要的作用，为众多产品和应用提供了关键性的材料基础。

聚丙烯酸水凝胶光固化

聚丙烯酸水凝胶光固化

聚丙烯酸水凝胶光固化

聚丙烯酸水凝胶是一种多功能材料，具有良好的吸水性和生物相容性。它在医药、生物工程、环保等领域有着广泛的应用。而光固化技术作为一种高效、快速的固化方法，被广泛应用于聚丙烯酸水凝胶的制备过程中。

光固化是指通过光照引发光敏剂的活化，从而使聚合物分子发生交联反应，固化成为胶体或固体。聚丙烯酸水凝胶的制备过程中，光固化技术可以提高固化速度和固化效果，同时避免了传统固化方法中需要高温或长时间的问题。

聚丙烯酸水凝胶的制备通常包括以下几个步骤：首先是聚丙烯酸的合成，通过聚合反应将丙烯酸单体聚合成为聚合物；然后是添加交联剂，将聚合物分子交联成为三维网络结构，使其形成水凝胶；最后是光固化，通过光照引发光敏剂活化，使聚合物分子发生交联反应，固化成为胶体或固体。

光固化技术在聚丙烯酸水凝胶的制备中起到了至关重要的作用。首先，光固化能够提高固化速度，大大缩短制备时间。相比传统的热固化方法，光固化不需要高温加热，只需通过光照即可完成固化过程，从而节约了时间和能源。其次，光固化技术可以实现定向固化，通过控制光源的位置和光强度，可以实现对水凝胶的局部固化，使得制备的水凝胶具有更好的形状和结构。此外，光固化还可以实现可重复性固化，即在固化过程中可以根据需要进行多次固化，从而得到更好的固化效果。

然而，光固化技术也存在一些挑战和限制。首先，光固化过程中需要使用光敏剂，而光敏剂对光的波长和强度有一定的要求，这就限制了光固化技术的适用范围。其次，光固化过程中需要光源的辐射能够穿透到水凝胶样品的内部，这对于大尺寸或厚度较大的样品来说可能存在困难。此外，光固化过程中还需要控制光照时间和光照强度，以避免过度固化或不完全固化的问题。

总的来说，聚丙烯酸水凝胶光固化技术是一种高效、快速的固化方法，可以提高制备速度、改善固化效果，并且具有定向固化和可重复性固化的优势。随着光固化技术的不断发展和改进，相信聚丙烯酸水凝胶在医药、生物工程、环保等领域的应用将会更加广泛。