[发明专利]一种水凝胶材料的制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种水凝胶材料的制备方法和应用，该方法首先通过自由基聚合合成一种高强度、自愈合的水凝胶，然后在盐溶液中浸泡，使水凝胶负载具有吸湿性的无机盐，在大气环境下保持长时间的含水率稳定。当该水凝胶暴露于高温火焰下时，其中所含水分由于升温和气化，吸收大量热量，并将温度维持在水凝胶中所含溶液沸点温度，防止火势蔓延引发火灾，可用于建筑物防火涂层、防火毯等领域。该制备方法简单可靠、原料廉价易得、能源消耗低、适于规模化制备，有利于新型水凝胶防火材料的推广应用。

技术领域

本发明涉及新型防火材料，属于新材料技术领域。具体涉及一种水凝胶材料的制备方法和应用。

背景技术

在所有液态和固态物质中，水的比热容最大，高达4.2×103 J/(kg·K)。水具有极大的汽化潜热，在标准大气压下，水的汽化潜热高达2257.2 kJ/kg。而且水在自然状态下为液态，铺展于物体表面可隔绝氧气。当水与燃烧物接触时，温度升高和相变的过程会吸收大量热量，使温度降低至燃烧物着火点以下，同时水可阻隔燃烧所需氧气，因此，水是一种理想的灭火物质。但是，由于水是流体，且在自然条件下易蒸发，因此自然界存在的液态的水难以被用作防火材料，只能被用于灭火中。

水凝胶是一种由三维网络结构的亲水性高分子及大量水（含水率80%）组成的粘弹性材料。它具有高分子材料固定的形状，同时表现出水的性质。因此，采用水凝胶作为防火材料，不仅可继承水的高比热容、高汽化潜热的特性，还能解决水无定型，无法应用于材料领域的缺点。

但是，将现有的水凝胶作为防火材料，还存在如下问题：1）水凝胶中所含水分在大气环境下易挥发，从而导致防火性能失效；2）作为防火材料，要求水凝胶具有较高的力学性能，避免因材料破损导致防火性能失效。

因此，如何制备一种水凝胶使其能够用于防火领域，是本领域技术人员研究的方向。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于解决现有的水凝胶所含水分在大气环境下易挥发、水凝胶的力学性能较差的问题，提供一种水凝胶的制备方法，该制备方法简单可靠、原料廉价易得、能源消耗低等优点；并且，采用该制备方法制备的水凝胶具有高强度、含水率稳定的特点。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种水凝胶材料的制备方法，采用聚丙烯酰胺、表面活性剂、含碳碳双键的单体、甲基丙烯酸十八烷基酯，在引发剂的作用下，通过自由基聚合合成水凝胶，再将制备的水凝胶浸泡于具有吸湿性氯化盐的溶液中，得到水凝胶材料。

具体包括如下步骤：

（1）配制浓度为0.5 mol/L 的NaCl溶液，并在NaCl溶液中加入表面活性剂，搅拌均匀得到混合溶液；所述表面活性剂的质量为所述混合溶液的0.5~8 %；将表面活性剂溶解于NaCl溶液中，能够让表面活性剂形成胶束，胶束内部的疏水环境将后续制备的高分子链中的疏水链段包裹在其中，通过疏水相互作用力交联水凝胶网络。

（2）在所述混合溶液中依次加入含碳碳双键的单体、甲基丙烯酸十八烷基酯和引发剂，搅拌均匀并通入N₂ 10 min以除去溶液中的氧气，配制成预聚溶液；

（3）将所述预聚溶液倾倒入玻璃模具中，并在紫外光下照射12 h，形成水凝胶；

（4）将水凝胶从模具中取出，浸泡在具有吸湿性氯化盐的溶液中3 h，即得到水凝胶材料。

其中，所述步骤（2）中，含碳碳双键的单体、甲基丙烯酸十八烷基酯和引发剂的摩尔比为100：1~4：0.1~0.4。

其中，所述含碳碳双键的单体为丙烯酰胺、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸羟乙酯、N,N-二甲基丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺或N-异丙基丙烯酰胺。

所述含碳碳双键的单体的浓度为1~4 mol/L。