专利名称：一类高吸水性材料包埋物的制备方法
技术领域：
本发明涉及一类高吸水性材料包埋物的制备方法，属于功能性高分子材料合成及应用领域。
背景技术：
合成的高吸水性材料由于其优异的吸水、保水性能，近年来在农业生产、智能化药物控释及体液吸附材料中的应用受到关注。高吸水性材料的包埋物，是将高吸水性材料中包埋具有特定功能的小分子，利用高吸水性材料的缓释性能，得到对小分子具有缓释功能的功能性高吸水性材料。目前常用的高吸水性材料包埋物的应用主要有以下几种将高吸水性材料对具有抗菌、消炎、止痛、 止血、组织修复效果的药物分子包埋后，可制得具有良好的创面修复、保护作用的缓释型高吸水材料；将高吸水性材料对具有组织修复、抗菌、消炎、止痛、止血效果的酶，蛋白质，生长因子包埋后，可制得具有良好的创面修复、保护作用的缓释型高吸水材料；将高吸水性材料对化学肥料、农药包埋后，可制得具有良好的肥料、农药缓释效果的农用型高吸水性材料。目前，高吸水性材料包埋物的制备通常是通过与被包埋物质的物理掺混，或通过氢键和分子间的范德华力将被包埋物吸附在吸水树脂的网络中，以此来达到对被包埋物的固定效果。但物理掺混的方法固定被包埋物的稳定性不好，而吸附法固定被包埋物的固定量有限。此外，也有大量文献报道了在聚合单体/被包埋物质共同存在的体系中进行聚合反应，将凝胶网络包覆在被包埋物表面。但由于传统的自由基聚合反应过程中大量放热，而凝胶的存在不利于热量的散出，凝胶中温度较高，对被包埋物的结构存在可能的破坏现象； 丙烯酸单体腐蚀性较强，也容易破坏被包埋分子；过氧类或氧化-还原引发体系对功能分子存在着可能的氧化作用。基于上述原因，目前高吸水性树脂对药物的包埋作用往往不理想，限制了其获得实际的应用。此外，通常使用的高吸水性树脂往往是粉末状结构，不具有连续性。而在作为医用材料与人体皮肤、粘膜等接触使用时，粉末状的树脂膨胀后易粘连在皮肤、粘膜的表面，造成使用后清理困难的缺陷。目前，医学临床上使用的膨胀型连续性吸水材料通常是以聚乙烯醇缩甲醛制成的发泡海绵，上述海绵具有较好的连续性，使用后易于清除。但由于聚乙烯醇分子结构中-OH 的亲水能力有限，且容易产生氢键，聚乙烯醇缩醛型海绵的膨胀性能较弱，使用时往往需要注入生理盐水以促进其膨胀；且若在缩醛化形成的化学反应过程中加入被包埋物，易对缩醛化过程的顺利进行造成干扰；此外，此类海绵的可降解性差，使用后易对环境造成污染， 若包埋肥料应用于农业领域，易对土壤产生破坏。基于上述存在的问题，开发一类本身具有良好的膨胀性能，并可对被包埋物具有良好、稳定的包埋效果，可制成海绵、粉末等不同形状，具有一定可降解性能的包埋、缓释用高吸水材料，在农业、医用材料及生理卫生材料等领域将具有重要的应用价值。
发明内容
本发明的目的是为了解决传统方法制备高吸水性材料包埋物时存在固定被包埋物的稳定性不好、对被包埋物的结构存在可能的破坏现象，以及高吸水性材料本身具有一定的环境污染等问题，而提出一类高吸水性材料包埋物的制备方法。本发明利用亲水性聚合物与高价阳离子通过聚电解质复合制备高吸水性材料的方法及其优异的反应特性，在反应过程中包埋各种被包埋物，制备一类具有高的膨胀性能和可降解性能，在制备过程中可实现稳定包埋小分子的功能的高吸水性材料。这类高吸水性材料可制备成粉末状，也可制成连续性的膜片状或海绵状。这类高吸水性材料在农业、医用材料及生理卫生材料等领域将具有重要的应用价值。本发明的目的是通过以下技术方案实现的本发明所涉及的一类高吸水性材料包埋物的制备方法，其具体方法如下在10 90°C下，将亲水性聚合物以质量浓度为0. 1 10%溶解到水中，在5转/ 分钟 300转/分钟的搅拌速度下搅拌，使亲水性聚合物溶解均勻；然后加入酸性或碱性化合物调节溶液的PH值为3 13，继续搅拌1 20分钟，再加入占聚合物质量为0. 1 40%被包埋物，进一步搅拌1 20分钟；再加入占聚合物溶液质量1 50%的交联剂水溶液，交联剂水溶液中交联剂的质量浓度为1 50%，继续搅拌20分钟 8小时后制得高吸水性凝胶，最后将高吸水性凝胶干燥后制得最终产品。在上述制备方法中，所述的亲水性聚合物为下列一种单体组成的均聚物或多种单体组成的共聚物丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯腈、乙烯基吡咯烷酮、2-丙烯酰胺基-甲基丙磺酸、乙烯基磺酸、丙烯酸酯类、乙烯醇；优选为聚丙烯酸或丙烯酸与丙烯酰胺组成的共聚物，丙烯酸与乙烯基吡咯烷酮组成的共聚物，其中，丙烯酸单元占共聚物质量含量的30% 95% ；亲水性聚合物溶解到水中的质量浓度优选为0. 8 5% ；所述的碱性化合物为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸氢钠、氨水中的一种或多种的复配物，优选为氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化钠与氨水以摩尔比为1 1组成的复配物；所述的酸性化合物为盐酸、硫酸、磷酸、乳酸中的一种或多种的复配物，优选为盐酸或盐酸与磷酸以摩尔比为41组成的复配物；加入酸性或碱性化合物后调节溶液的pH值优选为3. 5 11. 5 ；所述的交联剂为铝、铁、锆、铬、钛的有机或无机盐类，或含有两个以上季铵基团的季铵盐类，优选为氯化铝，硫酸铝，磷酸铝，聚合氯化铝，铝柱撑蒙脱土，氯化铁，硫酸铁；所述的交联剂水溶液中交联剂的质量浓度优选为10 25%，交联剂水溶液占聚合物溶液质量优选为5 20% ；将高吸水性凝胶在50 300°C下进行加热干燥并粉碎后获得粉状产物；将高吸水性凝胶在10 200°C下进行微波干燥并粉碎后获得粉状产物；将高吸水性凝胶冷冻冻结后，在-10 _70°C的冷冻干燥机中冻干后可制得片状或海绵状产物，若将此片状或海绵状产物粉碎后也可获得粉状产物。有益效果本发明的方法制备过程放热小，不用采用氧化性强的引发剂，反应条件温和，适宜于对被包埋物的固定和保护，从而实现对被包埋物的缓释；对亲水性高分子链分子量可控， 制备过程条件温和，对反应釜的散热性要求不高，不需要任何有机溶剂，适宜于大规模的工业生产；采用本发明方法制备的产品具有优异的吸水性能、包埋性能和缓释性能，还具有一定的可降解性能；其吸水倍率可达860克/克，在0. 9%的生理盐水中的吸水倍率可达70克 /克；被包埋物的包埋量可达到40% ；包埋物在水中溶胀30分钟后的释放率为5%，溶胀3 小时后的释放率为20% ；除可制备成粉末状产物外，该类高吸水性材料还可制成海绵、膜片状，海绵、膜片状产物表面柔软光滑，这类高吸水性材料在农业、医用材料及生理卫生材料等领域将具有重要的应用价值。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明的内容做进一步说明实施例1在60°C下，将20克聚丙烯酸溶解到1313克水中，在100转/分钟的搅拌速度下搅拌使高分子聚合物溶解均勻后，加入醋酸调节溶液的PH值为3. 8后，继续搅拌15分钟， 加入8. 4克肥料尿素，并进一步搅拌15分钟后，加入203克质量浓度为30%的交联剂磷酸铝水溶液；在60°C下，以100转/分钟的搅拌速度下继续搅拌4小时后制得高吸水性凝胶。 将凝胶冻结后在_65°C的冷冻干燥机中干燥后制得海绵状产物。实施例2:在37°C下，将8克丙烯酸与乙烯基吡咯烷酮按质量比为7 3组成的共聚物溶解到652克水中，在120转/分钟的搅拌速度下搅拌使高分子聚合物溶解均勻后，加入醋酸调节溶液的PH值为7. 0后，继续搅拌15分钟，加入5. 2克碱性成纤维生长因子，并进一步搅拌15分钟后，加入102克质量浓度为30%的交联剂磷酸铝水溶液；在37°C下，以 100转/分钟的搅拌速度下继续搅拌4小时后制得高吸水性凝胶。将凝胶冻结后在-65°c 的冷冻干燥机中干燥后制得海绵状产物。实施例3:在75°C下，将15克丙烯酸与乙烯基吡咯烷酮以质量比为8 2组成的高分子共聚物溶解于818克水中，在120转/分钟的搅拌速度下搅拌使高分子聚合物溶解均勻后，加入氢氧化钾调节溶液的PH值为10. 6后，继续搅拌15分钟，加入6. 86克的抗菌药物氧氟沙星，并进一步搅拌15分钟后，加入170克质量浓度为15%的交联剂三氯化铝水溶液；在75°C下，以120转/分钟的搅拌速度下继续搅拌3小时后制得高吸水性凝胶。将凝胶冻结后在-60°C的冷冻干燥机中干燥后制得海绵状产物。本发明所制备的高吸水性材料的吸液性能测试称取0. 20克的高吸水性材料，置于尼龙布袋中后放入盛有吸收液体的烧杯中，在室温下充分溶胀10分钟后除去布袋表面的水分，称量吸水后树脂的质量。吸水倍率Q通过下式计算
权利要求
1.一类高吸水性材料包埋物的制备方法，其特征在于具体方法如下在10 90°C下，将亲水性聚合物以质量浓度为0. 1 10%溶解到水中，在5转/分钟 300转/分钟的搅拌速度下搅拌，使亲水性聚合物溶解均勻；然后加入酸性或碱性化合物调节溶液的PH值为3 13，继续搅拌1 20分钟，再加入占聚合物质量为0. 1 40% 被包埋物，进一步搅拌1 20分钟；再加入占聚合物溶液质量1 50%的交联剂水溶液， 交联剂水溶液中交联剂的质量浓度为1 50%，继续搅拌20分钟 8小时后制得高吸水性凝胶，最后将高吸水性凝胶干燥后制得最终产品；其中，所述的亲水性聚合物为下列一种单体组成的均聚物或多种单体组成的共聚物 丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯腈、乙烯基吡咯烷酮、2-丙烯酰胺基-甲基丙磺酸、乙烯基磺酸、丙烯酸酯类、乙烯醇；所述的碱性化合物为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸氢钠、氨水中的一种或多种的复配物；所述的酸性化合物为盐酸、硫酸、磷酸、乳酸中的一种或多种的复配物；所述的交联剂为铝、铁、锆、铬、钛的有机或无机盐类，或含有两个以上季铵基团的季铵盐类。
2.如权利要求1所述的一类高吸水性材料包埋物的制备方法，其特征在于所述的亲水性聚合物优选为聚丙烯酸、丙烯酸与丙烯酰胺组成的共聚物、丙烯酸与乙烯基吡咯烷酮组成的共聚物，其中，丙烯酸单元占共聚物质量含量的30% 95%;亲水性聚合物溶解到水中的质量浓度优选为0. 8 5 %。
3.如权利要求1所述的一类高吸水性材料包埋物的制备方法，其特征在于所述的碱性化合物优选为氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化钠与氨水以摩尔比为1 1组成的复配物。
4.如权利要求1所述的一类高吸水性材料包埋物的制备方法，其特征在于所述的酸性化合物优选为盐酸或盐酸与磷酸以摩尔比为41组成的复配物。
5.如权利要求1所述的一类高吸水性材料包埋物的制备方法，其特征在于加入酸性或碱性化合物后调节溶液的PH值优选为3. 5 11. 5。
6.如权利要求1所述的一类高吸水性材料包埋物的制备方法，其特征在于所述的交联剂优选为氯化铝、硫酸铝、铝柱撑蒙脱土、磷酸铝、聚合氯化铝、氯化铁、硫酸铁；交联剂水溶液中交联剂的质量浓度优选为10 25%，交联剂水溶液占聚合物溶液质量优选为5 20%。
7.如权利要求1所述的一类高吸水性材料包埋物的制备方法，其特征在于所述的高吸水性凝胶采用不同干燥条件可制得粉末状、海绵、膜片状材料。
全文摘要
本发明涉及一类高吸水性材料包埋物的制备方法，属于功能性高分子材料合成及应用领域。本发明的方法采用线性的亲水性聚合物为原料，与高价阳离子以及各种被包埋物通过聚电解质复合作用交联，形成高吸水性凝胶，进而进一步的干燥制得包埋小分子的具有高吸水性能的材料。本发明的方法制备过程放热小，反应条件温和，适宜于对被包埋物的固定和保护；采用本发明方法制备的产品具有优异的吸水性能、包埋性能和缓释性能，还具有一定的可降解性能；除可制备成粉末状产物外，该类高吸水性材料还可制成海绵、膜片状，可广泛应用在农业、医用材料及生理卫生材料等领域。
文档编号C08K3/16GK102304231SQ20111014294
公开日2012年1月4日 申请日期2011年5月30日 优先权日2011年5月30日
发明者陈煜 申请人:北京理工大学