[发明专利]一种高强度抗溶胀抗粘附水凝胶及其制备方法

说明书

本发明提供了一种高强度抗溶胀抗粘附水凝胶及其制备方法。所述水凝胶由自制的离子液体和丙烯酰胺作为单体在催化剂作用下共聚而成。具体各步骤如下：(1)将牛磺酸与氢氧化钠反应，得到白色粉末，加入二甲基亚砜溶解后与氯乙基异氰酸酯反应，得到混合液；(2)将上述混合液加入足量的二氯甲烷中，得到白色沉淀，洗涤后旋干，与1‑乙烯基咪唑反应，得到反应液；(3)将上述反应液加入丙酮中，所得沉淀洗涤后旋干，得到白色的两性离子单体粉末；(4)两性离子单体和丙烯酰胺单体在催化剂作用下共聚形成水凝胶。本发明所制备的水凝胶力学性能优异，同时具有抗溶胀和抗粘附性能，可应用于海洋防污、生物医用材料等领域。

技术领域

本发明属于海洋防污技术领域，涉及一种高强度抗溶胀抗粘附水凝胶及其制备方法。

背景技术

海洋污损生物是指在海洋设施表面生长的海洋生物，包括植物类、动物类和微生物类等。目前，污损船舶表面的海洋生物种类高达4000多种，这些污损生物易附着在船舶表面，增加船舶航行阻力，降低航行速度，增加燃油消耗；还可能引起水下船体设备腐蚀，增加维修费用。因此，生物污损带来的环境与生态安全问题也受到越来越多的关注。

水凝胶是一种由高分子链构成的具有三维网状结构的聚合物，其能够在水中溶胀并保持大量水分而不被溶解。水凝胶材料表面高度水合，且具有低的杨氏模量，能够抑制细菌的附着，有效降低蛋白质、多糖、海洋微藻等的吸附，因此水凝胶材料具有良好的防污能力，被视为优良的抗污涂层候选材料。然而，由于水凝胶易吸水溶胀，力学性能较差，极大地限制了其应用。

目前在改善水凝胶溶胀率、提高其力学性能等方面已经有了很大进展，但依旧存在很多不足，因此，研发高强度抗溶胀抗粘附水凝胶来满足应用要求仍具有重要意义。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明目的在于提供一种高强度抗溶胀抗粘附水凝胶及其制备方法。该方法制备的水凝胶强度高，力学性能好，且具有更好的抗溶胀性能及抗硅藻附着性能。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种高强度抗溶胀抗粘附水凝胶，所述高强度抗溶胀抗粘附水凝胶由两性离子单体和丙烯酰胺单体共聚而成。

所述高强度抗溶胀抗粘附水凝胶中的丙烯酰胺单体带有酰胺基团，可与水分子形成较强的氢键作用，使水凝胶具有较好的亲水性；两性离子单体形成聚合物具有强大的表面水合作用，其表面电荷和水分子之间的强相互作用使得聚合物表面形成有序的强氢键水层，可作为一种物理屏障防止污垢附着在表面，因此制备的水凝胶具有良好的抗粘附性能。此外，由于共聚而成的水凝胶网络中的两性离子高分子链上带有等量的正负电荷，强烈的静电吸引作用会形成自缔合，赋予水凝胶抗溶胀性能。因此，采用丙烯酰胺与乙烯基离子液体单体共聚的方式合成聚合物网络，使该水凝胶体系具有更好的力学性能，更小的溶胀率及更佳的抗硅藻附着性能。

一种高强度抗溶胀抗粘附水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

(1)将牛磺酸与氢氧化钠反应，加水溶解，常温搅拌，反应结束后冷冻干燥得到白色粉末，加入二甲基亚砜溶解该白色粉末，随后与氯乙基异氰酸酯反应，得到混合液；

(2)将上述混合液加入足量的二氯甲烷中，得到白色沉淀，用少量二氯甲烷洗涤后旋干后得到白色粉末，与1-乙烯基咪唑在水中溶解后进行反应，得到反应液；

(3)将上述反应液加入丙酮中，所得沉淀洗涤后常温旋干，得到白色的两性离子单体粉末；

(4)将两性离子单体粉末和丙烯酰胺单体粉末溶解在水中，在过硫酸铵与N,N,N’,N’-四甲基乙二胺形成的氧化还原体系下催化共聚形成水凝胶。

作为优选，所述步骤(1)中，所述牛磺酸与氢氧化钠的反应摩尔比为1:(1～1.2)；白色粉末与氯乙基异氰酸酯的反应摩尔比为1:(1～1.2)。