[发明专利]一种具有超快速各向异性吸水性能的PEGMA/PEGDA水凝胶纤维的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于水凝胶纤维的制备领域，特别涉及一种具有超快速各向异性吸水性能的PEGMA/PEGDA水凝胶纤维的制备方法。

背景技术

水凝胶是一类由有机高分子与水组成的具有三维网络结构的软湿性材料，根据交联方式的不同，水凝胶可分为化学交联结构和物理交联结构。其中，化学交联的水凝胶由于交联点对分子链运动的限制，结构稳定性强，但溶胀响应速率大大落后于物理交联水凝胶。因此，在保持化学交联结构稳定性的基础上，通过控制交联密度和交联条件以提高化学交联水凝胶的溶胀响应速率有着重要意义。

日本学者Sato Matsuo研究指出，在凝胶化过程中存在动态波动，会造成凝胶内部形成不均一结构，例如支化、交联点密度不均一等，这些结构的形成会造成凝胶含水率和溶胀性能的改变。

此外，化学交联的水凝胶由于交联结构本身的限制，通常仅能通过原位聚合制备三维结构的块状材料，这种单一的维度结构限制了水凝胶材料的应用。目前，国外Adams研究团队通过微流体内的动态聚合制备了纤维状的聚乙二醇双丙烯酸酯PEGDA凝胶材料，但并未实现化学交联水凝胶纤维的连续和可控制备。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有超快速各向异性吸水性能的PEGMA/PEGDA水凝胶纤维的制备方法，该方法制备得到的水凝胶纤维结构稳定，吸水性能好，对水凝胶材料的开发应用和后期加工有着非常重要的意义。

本发明的一种具有超快速各向异性吸水性能的PEGMA/PEGDA水凝胶纤维的制备方法，包括：

(1)室温下，通过聚合反应制备聚乙二醇甲基丙烯酸酯链PEGMA；

(2)室温下，将PEGMA与聚乙二醇双丙烯酸脂PEGDA按质量比为1:1～1:10制备质量分数为10-100％的聚合物水溶液，加入光引发剂，超声分散，搅拌，至光引发剂完全溶解，得到PEGMA/PEGDA纺丝液；其中，光引发剂的加入量为PEGDA质量的5-10‰，超声分散与搅拌过程均在避光环境中进行；

(3)室温下，将步骤(2)中得到的纺丝液通过计量泵以2-10ml/h挤出速率通过纺丝喷头通入水浴，距离纺丝液出口5-8mm处设置波长200-400nm的紫外光点光源，光路方向与纺丝液挤出方向成60-90°角，光斑距离挤出纺丝液5mm-1cm，从而引发纺丝液中PEGDA的自由基聚合反应，得到PEGMA/PEGDA初生水凝胶纤维；

(4)以滚筒为卷绕装置，对步骤(3)中得到的初生水凝胶纤维进行牵伸，得到具有超快速各向异性吸水性能的PEGMA/PEGDA水凝胶纤维。

所述步骤(1)中聚合反应为紫外光引发的自由基聚合。

所述步骤(1)中PEGMA的分子量Mw>5000。

所述步骤(2)中PEGDA的分子量Mw＝300-1000。

所述步骤(2)中光引发剂为水溶性2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮IRGACURE 2959。

所述步骤(2)中超声分散的时间为6h。

所述步骤(2)中搅拌的时间为6h。

所述步骤(2)中的纺丝液为无色透明状液体，无杂质和悬浮颗粒。

所述步骤(2)中避光反映的目的为避免太阳光中的紫外光引发纺丝液进行自由基聚合。

所述步骤(3)中纺丝喷头出口直径为0.6mm-1.5mm，长径比为13-33，纺丝喷头浸于水浴液面以下0.5-2cm，纺丝液挤出方向与液面垂直。

所述步骤(4)中卷绕装置设在凝固浴液面外。

所述步骤(4)中滚筒的直径为5-10cm，线速度为200-800m/h。

所述步骤(4)中得到的水凝胶纤维进行吸水性能测试，含水率WT＝(吸水后质量M_W-初始质量M₀)/初始质量M₀。

本发明拟制备一种化学交联的快速吸水水凝胶纤维，以低分子量的PEGDA齐聚物为凝胶单体，以PEGMA链为互传单元，通过牵伸力条件下的自由基聚合，制备半互穿形式的PEGDA/PEGMA水凝胶纤维，通过稳定的牵伸力及PEGMA的互穿作用，破坏PEGDA网络的规整度，提高PEGDA化学交联凝胶的溶胀性能和吸水速率，实现一类结构稳定性优异的高吸水凝胶纤维的制备，对水凝胶材料的开发应用和后期加工有着非常重要的意义。

有益效果