【技术实现步骤摘要】
本申请属于凝胶聚合，具体涉及一种基于氧化还原引发体系的定时自由基聚合方法及水凝胶。
技术介绍
1、水凝胶是由亲水性聚合物链通过物理或化学交联形成的三维网络，被广泛运用于多种领域。单体的乳液聚合是通过化学交联制备水凝胶的重要途径，可通过不同的引发体系完成，如光引发体系、热引发体系、氧化还原引发体系等。其中氧化还原引发体系通过电子转移反应生成中间产物自由基，活化能大大降低，可实现常温聚合，同时提高了引发剂分解速率和反应速率。引发体系的选择十分重要，目前水凝胶的制备往往存在工艺复杂不可控，聚合效率低，水凝胶性能差，无法满足使用等问题，而不同的引发体系往往影响水凝胶聚合效果与反应特性。而对于液晶等各向异性水凝胶的聚合，往往面临自组装结构破坏，胶凝化失败等问题，必须选择可与之相容的引发体系。一个稳定性高、与其他物质相容性好、可控性强、可适用于多种单体聚合的引发体系，更能适应水凝胶的工业大规模制备。
技术实现思路
1、本申请的目的在于提供一种基于氧化还原引发体系的定时自由基聚合方法及水凝胶，通过简单的工艺制备得到的水凝胶交联结构均匀，具有结构和性能的高稳定性、良好的抗压弹性，以解决现有技术中水凝胶的制备存在工艺复杂不可控，聚合效率低，水凝胶性能差，无法满足使用，且对于一些各向异性水凝胶缺乏高相容性聚合体系的问题。
2、为了实现上述目的，本申请第一方面提供了一种基于氧化还原引发体系的定时自由基聚合方法，包括：
3、将反应溶剂、聚合单体、交联剂和还原剂混合均匀，得到混合物；
4、向所述混合物中通入惰性气体以去除氧气，之后加入氧化剂混合均匀后静置，在特定时间后开始聚合反应而形成水凝胶，所述特定时间与所述还原剂和氧化剂的摩尔比关联。
5、在一个或多个实施方式中，所述还原剂为硫脲，所述氧化剂为过氧化氢叔丁醇，所述反应溶剂为水或液晶。
6、在一个或多个实施方式中，所述液晶包括氧化石墨烯液晶、纤维素液晶、甲壳素液晶和甲壳素液晶中的一种或多种组合。
7、在一个或多个实施方式中，所述将反应溶剂、聚合单体、交联剂和还原剂混合均匀的步骤之前还包括：
8、确认反应温度、聚合单体的浓度、硫脲或过氧化氢叔丁醇的浓度；
9、构建模型，所述模型用于描述在目标反应温度和目标量的聚合单体下，硫脲和过氧化氢叔丁醇的摩尔比与聚合开始时间的映射关系；
10、将预期的聚合开始时间输入所述模型，得到硫脲和过氧化氢叔丁醇的目标摩尔比，之后按比例称取反应溶剂、聚合单体、交联剂、硫脲和过氧化氢叔丁醇。
11、在一个或多个实施方式中，所述映射关系包括：当所述硫脲和过氧化氢叔丁醇的摩尔比在0.13～2.55之间变化时，所述硫脲和过氧化氢叔丁醇的摩尔比与聚合开始时间呈负相关。
12、在一个或多个实施方式中，所述反应温度为室温，所述聚合单体的摩尔浓度为1.41mol/l；所述过氧化氢叔丁醇的摩尔浓度为30.96mmol/l，所述映射关系包括：当所述硫脲和过氧化氢叔丁醇的摩尔比由0.13线性增大至2.55时，聚合开始时间由83min线性缩短至2min。
13、在一个或多个实施方式中，所述将反应溶剂、聚合单体、交联剂和硫脲混合均匀的步骤具体为：
14、将反应溶剂、聚合单体、交联剂和硫脲涡旋混合均匀，之后超声去除气泡。
15、在一个或多个实施方式中，所述惰性气体为氮气或氩气，所述惰性气体的通入时间为0.5～1.5min。
16、为了实现上述目的，本申请第二方面提供了一种采用上述任一实施方式所述的定时自由基聚合方法制备得到的水凝胶。
17、在一个或多个实施方式中，所述水凝胶的硬度与聚合开始时间呈反比。
18、在一个或多个实施方式中，所述反应溶剂为液晶，所述水凝胶表现出液晶的各向异性有序结构，且液晶结构完整保留在聚合物基质中。
19、区别于现有技术，本申请的有益效果是：
20、本申请的定时自由基聚合方法反应温和，可控性高，聚合引发效率高，交联均匀可控，制备的水凝胶具有高结构稳定性，良好的抗压弹性及形状恢复能力，能够作为工业生产水凝胶的通用方法；
21、本申请的引发体系相容性高，不破坏液晶结构，可在避光、常温下实现多种各向异性水凝胶如液晶复合水凝胶的制备；
22、本申请自由基聚合方法通过调控引发剂比例可调整聚合开始时间，实现定时聚合，且水凝胶的硬度可调，能够满足工业中对于乳液聚合时间、凝胶性能的不同要求；
23、本申请自由基聚合方法适用于多种水溶性缺电子类乙烯基单体的乳液聚合。
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1.一种基于氧化还原引发体系的定时自由基聚合方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的定时自由基聚合方法，其特征在于，所述还原剂为硫脲，所述氧化剂为过氧化氢叔丁醇，所述反应溶剂为水或液晶。
3.根据权利要求2所述的定时自由基聚合方法，其特征在于，所述液晶包括氧化石墨烯液晶、纤维素液晶和甲壳素液晶中的一种或多种组合。
4.根据权利要求2所述的定时自由基聚合方法，其特征在于，所述将反应溶剂、聚合单体、交联剂和还原剂混合均匀的步骤之前还包括：
5.根据权利要求4所述的定时自由基聚合方法，其特征在于，所述映射关系包括：当所述硫脲和过氧化氢叔丁醇的摩尔比在0.13～2.55之间变化时，所述硫脲和过氧化氢叔丁醇的摩尔比与聚合开始时间呈负相关。
6.根据权利要求5所述的定时自由基聚合方法，其特征在于，所述反应温度为室温，所述聚合单体的摩尔浓度为1.41mol/L；所述过氧化氢叔丁醇的摩尔浓度为30.96mmol/L，所述映射关系包括：当所述硫脲和过氧化氢叔丁醇的摩尔比由0.13线性增大至2.55时，聚合开始时间由83min线性
7.根据权利要求1所述的定时自由基聚合方法，其特征在于，所述将反应溶剂、聚合单体、交联剂和硫脲混合均匀的步骤具体为：
8.根据权利要求1所述的定时自由基聚合方法，其特征在于，所述惰性气体为氮气或氩气，所述惰性气体的通入时间为0.5～1.5min。
9.一种采用权利要求1至8任一所述的定时自由基聚合方法制备得到的水凝胶。
10.根据权利要求9所述的水凝胶，其特征在于，所述水凝胶的硬度与聚合开始时间呈反比；和/或，
...【技术特征摘要】
1.一种基于氧化还原引发体系的定时自由基聚合方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的定时自由基聚合方法，其特征在于，所述还原剂为硫脲，所述氧化剂为过氧化氢叔丁醇，所述反应溶剂为水或液晶。
3.根据权利要求2所述的定时自由基聚合方法，其特征在于，所述液晶包括氧化石墨烯液晶、纤维素液晶和甲壳素液晶中的一种或多种组合。
4.根据权利要求2所述的定时自由基聚合方法，其特征在于，所述将反应溶剂、聚合单体、交联剂和还原剂混合均匀的步骤之前还包括：
5.根据权利要求4所述的定时自由基聚合方法，其特征在于，所述映射关系包括：当所述硫脲和过氧化氢叔丁醇的摩尔比在0.13～2.55之间变化时，所述硫脲和过氧化氢叔丁醇的摩尔比与聚合开始时间呈负相关。
6.根据权利要求5所述的定时自...
【专利技术属性】
技术研发人员：许玲焱，王佩玺，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：
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