[發明專利]采用等離子前端聚合快速制備含氟水凝膠的方法

在審

• 申請號: 201410100313.4
• 申請日: 2014-03-18
• 公開（公告）號: CN103881013A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: 陳蘇;湯文岐;張強;周振方
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: C08F220/24
• 分類號: C08F220/24;C08F220/28;C08F222/38;C08F220/20;C08F220/22;C08F226/10;C08F220/06;C08F212/36;C08F220/54;C08F2/52
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 徐冬濤;袁正英

技術領域

本發明屬于功能高分子材料制備技術領域，尤其涉及一種采用等離子前端聚合快速制備含氟水凝膠的方法。

背景技術

水凝膠材料是一種能夠在水中溶脹并保持大量水分且不被溶解的三維網絡交聯結構的新型高分子材料。根據不同的對環境刺激響應能力水凝膠材料可分為普通水凝膠和智能水凝膠。智能水凝膠能夠感知外界環境的細微變化(如溫度、pH值、電、光、磁場、特定生物分子等的變化)，以體積顯著變化的形式反饋給人們，從而實現與外界環境的信息交流。

含氟聚合物具有高度化學穩定性、極強的耐高低溫性能、突出的不粘性、異常的潤滑性、優異的電絕緣性、耐老化性、抗輻射性和極小的吸水性等優良的綜合性能，廣泛應用于航空航天、石油化工、機械、電子電器、建筑、紡織等諸多領域。

前端聚合又被稱為前沿聚合或者波聚合，是一種通過局部反應區域在聚合物單體中的移動而將聚合物單體轉變為聚合物的一種新型自由基反應模式。前端聚合是對含有單體和引發劑的混合物進行局部加熱，引發劑受熱分解，引發單體發生聚合反應。而后撤離熱源，聚合反應本身產生的熱量向未反應區域擴散，繼續引發聚合，從而產生反應熱擴散偶合循環的狹窄反應區域，此區域稱為聚合前端。聚合前端不斷自發向前推進，直到容器內的單體聚合完全。

由于前端聚合體系中所需的熱量均來自于其本身，熱擴散來自于對流傳熱，反應時間很短，因此它具有很好的節能環保等特性。大部分的前端聚合反應都是在無溶劑或少溶劑的條件下進行，這就意味著最終的產物無需從溶劑中分離，制備過程沒有大量有機溶劑的使用和后處理，這就意味著保護環境，節省成本。前端聚合可以在高濃度單體和引發劑下反應而不會發生暴聚現象，反應快、效率高；相對于常規制備工藝，聚合前端的高溫和快速移動能力能夠有效地抑制相分離，得到具有特殊結構的聚合物。

根據前端聚合反應的不同引發方式和反應機理，可以將前端聚合反應分為兩類，即：熱差前端聚合和等溫前端聚合。隨著研究的廣泛深入，前端聚合家族又引進了光引發前端聚合。

等離子體是由部分電子被剝奪后的原子及原子被電離后產生的正負電子組成的離子化氣體狀物質，廣泛存在于宇宙中，被認為是除去固、液、氣外物質存在的第四態。等離子技術在薄膜沉積、刻蝕、等離子引發聚合以及表面處理等方面具有廣闊的應用前景。目前尚未有發現采用等離子體前端聚合制備智能水凝膠材料的報道。

發明內容

本發明的目的在于提供一種采用等離子體前端聚合快速制備含氟水凝膠的方法。該方法具有速度快、效率高、成本低、成型快等優點，避免了傳統制備方法中工藝流程復雜、時間長等缺點，在工業生產中具有較高的應用價值。

本發明的技術方案為：采用等離子前端聚合快速制備含氟水凝膠的方法，其具體步驟如下：

(1)將活性單體、含氟單體、引發劑和交聯劑按比例溶于有機溶劑中，配成均勻溶液；

(2)將配成均勻溶液混合移入反應器中，對反應器上端利用低溫等離子體處理，使引發劑受熱分解，引發聚合反應；

(3)關閉等離子體反應器，依靠聚合反應放出的熱向未反應區域擴散，直到整個反應器內所有原料全部轉化為聚合物；

(4)取出所得的聚合物，用去離子水漂洗，得到含氟水凝膠。

上述步驟（1）配成均勻溶液中，優選活性單體占溶液總質量的20～40%；含氟單體占溶液總質量的20～40%；交聯劑占溶液總質量的0.5～5%；引發劑所占質量比為0.25～4%；有機溶劑占溶液總質量的15～45%。

優選上述活性單體為丙烯酸羥乙酯、丙烯酸羥丙酯、甲基丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸羥丙酯、N,N-二甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺、雙丙酮丙烯酰胺、N-羥甲基丙烯酰胺、N-異丙基丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮、N-乙烯基己內酰胺、丙烯酸辛、丙烯酸或甲基丙烯酸中的至少一種。

優選上述含氟單體為甲基丙烯酸氟烷烴酯、甲基丙烯酸全氟烷基乙基酯、甲基丙烯酸三氟乙酯、N-乙基全氟辛基磺酰胺基丙烯酸酸乙酯、全氟烷烴丙烯酸酯、甲基丙烯酸全氟辛基乙酯、丙烯酸六氟丁酯、甲基丙烯酸六氟丁酯、甲基丙烯酸十二氟庚酯、三氟甲基丙烯酸或丙烯酸全氟烷基乙酯中的一種。

優選上述有機溶劑為：甘油、二甲亞砜、N,N’-二甲基甲酰胺或1-甲基-2-吡咯烷酮中的一種。

優選上述交聯劑為N,N’-亞甲基雙丙烯酰胺、二乙烯基苯或二甲基丙烯酸乙二醇酯中的一種。

優選上述引發劑為偶氮二異丁腈、偶氮二異庚腈、過氧化苯甲酰、過硫酸銨、過硫酸鉀、叔丁基過氧化氫中的其中一種。