【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于高分子合成，尤其涉及一种支化聚丙烯酰胺和合成方法及利用其合成可拉伸强韧性水凝胶的方法。
技术介绍
1、聚丙烯酰胺是一种应用极广的水溶性高分子材料，在医药、石油、造纸、纺织、地质、农业、建筑、环保等诸多领域发挥重要作用。聚丙烯酰胺多为线性无规共聚物，存在溶解慢、溶液粘度高、电荷有效利用率低等问题。支化型聚丙烯酰胺具有高溶解度、低粘滞性、小的流体力学体积、高密度的功能团分布和非晶化等特点，广泛应用于涂料、医药、纳米复合材料、光电材料、油田、塑料及水处理等领域。目前所报道合成支化型聚丙烯酰胺的方法普遍存在步骤繁琐、合成效率低等问题，wang等用丙烯酰胺、n,n-亚甲基双丙烯酰胺通过半连续raft共聚法制备了一种超支化聚丙烯酰胺(macromolecules,2010,43(9):4062-4069)。张昊等以丙烯酰胺、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵为原料，季戊四醇为支化剂，合成了一种阳离子型超支化聚丙烯酰胺(当代化工,2016,45(5):927-928)。丛珊等以季戊四醇为支化剂，硝酸铈铵为引发剂，以丙烯酰胺和二甲基二烯丙基氯化铵为原料，通过自由基聚合制备了一种超支化阳离子聚丙烯酰胺(中国造纸,2013,32(1):30-34)。因此开发新型的丙烯酰胺聚合物符合现代化学工业发展过程中传统产品高性能化的要求。
2、聚丙烯酰胺水凝胶是“软而湿”的材料，在药物输送、传感设备、组织工程等许多领域具有潜在的应用。人工合成的传统水凝胶力学性能差、稳定性差，使其实际应用受到限制。近些年，一些研究者针对提高水凝胶的力学性能进
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种支化聚丙烯酰胺和合成方法及利用其合成可拉伸强韧性水凝胶的方法。
2、为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
3、一种支化聚丙烯酰胺，其结构式为以下化合物ⅰ所示：
4、
5、一种支化聚丙烯酰胺的合成方法，包括以下步骤：将质量分数为20-30％的丙烯酰胺单体、质量分数为0.1-5％的自身还原性引发型可聚合单体加入到反应溶剂中，通氮气除氧，加入过硫酸盐作为氧化剂，在20-30℃条件下，反应2-4h产生白色沉淀，过滤该白色沉淀物质，经乙醇洗涤、真空干燥即得目标产物化合物ⅰ。
6、进一步的，所述自身还原性引发型可聚合单体的合成过程：二级胺和甲醛水溶液于室温条件下反应20分钟，随后加入丙烯酰胺，升温至45℃，继续反应12小时，通过旋转蒸发仪去除水，然后进行减压蒸馏对目标产物进行纯化，其中二级胺、甲醛、丙烯酰胺的物质的量比为1.2:1:1，合成反应式如下：
7、
8、其中r1为h或甲基，r2为甲基、乙基、异丙基、丁基、c8-c22内饱和烷基、四氢吡咯、吗啉中的一种。
9、进一步的，所述氧化剂为过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠中的一种，其中，氧化剂需溶于水中后再加入到反应体系中；反应溶剂为n,n-二甲基甲酰胺、二甲亚砜、乙腈、乙醇、异丙醇、丙酮中的一种。
10、一种可拉伸强韧性水凝胶的制备方法，将质量分数为20-30％的丙烯酰胺单体、质量分数为0.1-1％的自身还原性引发型的支化大分子交联剂化合物ⅱ加入到去离子水中，随后置于反应容器中，通氮气除氧，加入过硫酸盐作为氧化剂，在20-30℃下反应4-12h，即得可拉伸韧性水凝胶。
11、进一步的，所述自身还原性引发型的支化大分子交联剂化合物ⅱ的制备过程如下：将质量分数为20-30％的丙烯酰胺单体、质量分数为0.1-5％的自身还原性引发型可聚合单体、1-10％的双烯体加入到反应溶剂中，通氮气除氧，加入过硫酸盐作为氧化剂，在20-30℃条件下，反应2-4h，过滤白色沉淀物质，经乙醇洗涤、真空干燥即得目标产物，所述自身还原性引发型可聚合单体、反应溶剂、氧化剂与上述制备化合物ⅰ的相同；所述自身还原性引发型的支化大分子交联剂化合物ⅱ的结构式如下：
12、
13、进一步的，所述双烯体为
14、
15、中的一种。
16、进一步的，可加入单体n-异丙基丙烯酰胺、n,n-二甲基丙烯酰胺、参与共聚，可制备特定功能性水凝胶；为进一步增加水凝胶的强度，可在nacl、(nh4)2so4水溶液中反应制备水凝胶；为进一步增加水凝胶的强度，可引入疏水单体及诱发氢键作用的单体参与共聚。
17、本专利技术具有的优点是：本专利技术通过引入自身还原性引发型可聚合单体，在常温下引发聚合反应、不仅参与聚合反应，又能起支化中心的作用，通过调节自身还原性引发型可聚合单体及引发剂的量，可调节支化聚丙烯酰胺的分子量及支化度，通过沉淀聚合的方式即可避免过度交联凝胶化的发生，又可以得到纯净的目标产物从而避免了进一步纯化。支化型大分子交联剂能显著增强水凝胶的强度，通过自身还原性引发型可聚合单体引发的沉淀聚合反应制备自身还原引发支化型大分子交联剂，在温和的条件下，引发水溶液聚合反应即得到可拉伸强韧性水凝胶。通过调整支化型大分子交联剂、引发剂等调节水凝胶的力学性能。另外引入脂肪基团通过疏水缔和作用和引入无机盐或通过霍夫梅斯特(hofmeister)效应进一步增强水凝胶的强度，引入功能性单体或双烯体可制备功能性强韧性水凝胶。
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1.一种支化聚丙烯酰胺，其特征在于：其结构式为以下化合物Ⅰ所示：
2.如权利要求1所述的支化聚丙烯酰胺的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：将质量分数为20-30％的丙烯酰胺单体、质量分数为0.1-5％的自身还原性引发型可聚合单体加入到反应溶剂中，通氮气除氧，加入过硫酸盐作为氧化剂，在20-30℃条件下，反应2-4h产生白色沉淀，过滤该白色沉淀物质，经乙醇洗涤、真空干燥即得目标产物化合物Ⅰ。
3.如权利要求2所述的支化聚丙烯酰胺的合成方法，其特征在于：所述自身还原性引发型可聚合单体的合成过程：二级胺和甲醛水溶液于室温条件下反应20分钟，随后加入丙烯酰胺，升温至45℃，继续反应12小时，通过旋转蒸发仪去除水，然后进行减压蒸馏对目标产物进行纯化，其中二级胺、甲醛、丙烯酰胺的物质的量比为1.2:1:1，合成反应式如下：
4.如权利要求3所述的支化聚丙烯酰胺的合成方法，其特征在于：所述氧化剂为过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠中的一种，其中，氧化剂需溶于水中后再加入到反应体系中；反应溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、二甲亚砜、乙腈、乙醇、异丙醇、丙酮中的一种。p>
5.一种可拉伸强韧性水凝胶的制备方法，其特征在于：将质量分数为20-30％的丙烯酰胺单体、质量分数为0.1-1％的自身还原性引发型的支化大分子交联剂化合物Ⅱ加入到去离子水中，随后置于反应容器中，通氮气除氧，加入过硫酸盐作为氧化剂，在20-30℃下反应4-12h，即得可拉伸韧性水凝胶。
6.如权利要求5所述的可拉伸强韧性水凝胶的制备方法，其特征在于：所述自身还原性引发型的支化大分子交联剂化合物Ⅱ的制备过程如下：将1-10％的双烯体加入到权利要求4的制备支化聚丙烯酰胺化合物Ⅰ的反应溶剂中共聚，于权利要求4的反应条件下继续反应即得，所述自身还原性引发型的支化大分子交联剂化合物Ⅱ的结构式如下：
7.如权利要求6所述的可拉伸强韧性水凝胶的制备方法，其特征在于：所述双烯体为
...【技术特征摘要】
1.一种支化聚丙烯酰胺，其特征在于：其结构式为以下化合物ⅰ所示：
2.如权利要求1所述的支化聚丙烯酰胺的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：将质量分数为20-30％的丙烯酰胺单体、质量分数为0.1-5％的自身还原性引发型可聚合单体加入到反应溶剂中，通氮气除氧，加入过硫酸盐作为氧化剂，在20-30℃条件下，反应2-4h产生白色沉淀，过滤该白色沉淀物质，经乙醇洗涤、真空干燥即得目标产物化合物ⅰ。
3.如权利要求2所述的支化聚丙烯酰胺的合成方法，其特征在于：所述自身还原性引发型可聚合单体的合成过程：二级胺和甲醛水溶液于室温条件下反应20分钟，随后加入丙烯酰胺，升温至45℃，继续反应12小时，通过旋转蒸发仪去除水，然后进行减压蒸馏对目标产物进行纯化，其中二级胺、甲醛、丙烯酰胺的物质的量比为1.2:1:1，合成反应式如下：
4.如权利要求3所述的支化聚丙烯酰胺的合成方法，其特征在于：所述氧化剂为过硫酸铵、过硫酸钾...
【专利技术属性】
技术研发人员：林朝阳，郝小飞，霍炳臣，张彦昌，王冬梅，李天仚，
申请(专利权)人：河南省科学院高新技术研究中心，
类型：发明
国别省市：
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