一種對紫外光具有光響應(yīng)特性的高分子水凝膠的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高分子水凝膠，所述高分子水凝膠由含螺吡喃的納米聚合物顆粒水分散體和1~10wt%的高分子水溶液混合而成，所述含螺吡喃的納米聚合物顆粒水分散體是采用細(xì)乳液聚合反應(yīng)工藝合成。本發(fā)明設(shè)計(jì)合成了一種紫外UV光響應(yīng)特性的高分子水凝膠；所合成的聚合物材料因含有甲基丙烯酸螺吡喃功能基團(tuán)，將表現(xiàn)出紫外光致變色效應(yīng)特性，其具有易于制備、實(shí)時(shí)顯色明顯特征以及產(chǎn)品安全等優(yōu)點(diǎn)，具有創(chuàng)造性價(jià)值。
【專利說明】一種對紫外光具有光響應(yīng)特性的高分子水凝膠
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高分子水凝膠，具體涉及一種對紫外光具有相應(yīng)特性的高分子水凝膠。 【背景技術(shù)】
[0002]紫外光波長比可見光短，但比X射線長的電磁輻射。紫外光在電磁波譜中范圍波長為10-400nm。這范圍內(nèi)開始于可見光的短波極限，而與長波X射線的波長相重疊。紫外光被劃分為A射線、B射線和C射線(簡稱UVA、UVB和UVC)，波長范圍分別為400_315nm，315-280nm，280-190nm。殺菌是紫外光最常見的用途功能。由于紫外線對于生物有強(qiáng)大的殺傷力，因此可以用它來對付細(xì)菌、病毒。不過要特別注意的是，這些殺菌設(shè)備一樣會傷害人體，因此在使用的時(shí)候一定要特別小心加以預(yù)防。發(fā)明一種簡便而有效的指示標(biāo)記物，能夠及時(shí)對紫外光線敏感響應(yīng)，提醒人們注意紫外輻照產(chǎn)生的危害作用意義非常重大。
[0003]螺吡喃分子是一類光響應(yīng)異構(gòu)化分子，在紫外光照射下，可以實(shí)現(xiàn)紫外-可見光吸收變化，顏色由無色閉環(huán)螺吡喃結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成為開環(huán)部花菁有色結(jié)構(gòu)而呈現(xiàn)出藍(lán)紫色；再經(jīng)可見光照射或加熱作用開環(huán)結(jié)構(gòu)則可恢復(fù)成為閉環(huán)螺吡喃結(jié)構(gòu)。上述兩種過程是可逆重復(fù)進(jìn)行的，這種現(xiàn)象為典型的光致變色現(xiàn)象。對于實(shí)際應(yīng)用過程而言，可以運(yùn)用光致變色材料在紫外光照射變色，可見光恢復(fù)原有色的特性，實(shí)時(shí)顯示暴露在光照射條件變化作用

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種對紫外光具有相應(yīng)特性的高分子水凝膠，并提供所述高分子水凝膠的制備方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的高分子物質(zhì)對紫外光線響應(yīng)不明顯以及紫外輻照無法避免的問題。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的或者其它目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0006]一種高分子水凝膠，所述高分子水凝膠由含螺吡喃的納米聚合物顆粒水分散體與I~10wt%的高分子水溶液混合而成，所述含螺吡喃的納米聚合物顆粒水分散體是采用細(xì)乳液聚合反應(yīng)工藝合成。
[0007]優(yōu)選地，所述高分子水溶液為I~5wt %的高分子水溶液。
[0008]優(yōu)選地，所述高分子水溶液為I~2wt %的高分子水溶液。
[0009]優(yōu)選地，所述高分子水溶液選自聚乙烯醇水溶液、聚丙烯酸鈉水溶液、聚丙烯酰胺水溶液和聚乙烯吡咯酮啉水溶液中的一種或多種。
[0010]優(yōu)選地，所述高分子水溶液選自聚乙烯醇水溶液和聚丙烯酸鈉水溶液中的一種。
[0011]優(yōu)選地，所述細(xì)乳液聚合反應(yīng)工藝包括如下步驟；
[0012]I)配制水相溶液:將乳化劑十二烷基硫酸鈉和pH緩沖劑加入水中制備水相溶液；其中IL水中含有10~30mmol的十二烷基硫酸鈉和5~20mmol的pH緩沖劑；
[0013]2)配制油相溶液:將單體、交聯(lián)劑和助穩(wěn)定劑中混合均勻，所述單體為甲基丙烯酸N-羥乙基螺吡喃酯和甲基丙烯酸甲酯的混合物；所述甲基丙烯酸N-羥乙基螺吡喃酯與所述甲基丙烯酸甲酯的質(zhì)量比為1:20~50，所述交聯(lián)劑選自1，4-丁二醇二丙烯酸酯、二乙烯基苯、1,4-丁二醇二丙烯酸酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯中的一種或多種，所述單體與所述交聯(lián)劑的質(zhì)量比為40~20:1 ;所述助穩(wěn)定劑為聚苯乙烯，所述助穩(wěn)定劑與所述單體的質(zhì)量比為1:20~50 ;
[0014]3)混合細(xì)化:將所述水相溶液與所述油相溶液混合乳化并超聲分散；所述水相與所述油相的質(zhì)量比為2~0.5:1 ;
[0015]4)聚合反應(yīng):在50~70°C攪拌條件下加入引發(fā)劑形成含螺吡喃的納米聚合物顆粒水分散體，所述引發(fā)劑選自水溶性的過硫酸鉀或過硫酸銨中的一種的水溶液。
[0016]優(yōu)選地，步驟I)中所述pH緩沖劑為碳酸氫鈉。
[0017]優(yōu)選地，步驟2)中交聯(lián)劑選自1，4- 丁二醇二丙烯酸酯和二乙烯基苯中的一種。
[0018]優(yōu)選地，所述甲基丙烯酸N-羥乙基螺吡喃酯與所述甲基丙烯酸甲酯的質(zhì)量比為1:20。
[0019]優(yōu)選地，步驟2)中所述聚苯乙烯的分子量為6000-7000。
[0020]優(yōu)選地,所述助穩(wěn)定劑與所述單體的質(zhì)量比為1:40~45。
[0021]優(yōu)選地，步驟3)中混合細(xì)化的溫度為30_35°C。
[0022]優(yōu)選地，步驟4)中在60°C攪拌條件下加入引發(fā)劑。
[0023]優(yōu)選地，所述引發(fā)劑選自水溶性的過硫酸鉀的水溶液。
[0024]優(yōu)選地，步驟4)中所述水溶性的過硫酸鉀或過硫酸銨中的一種的水溶液的濃度為 15 ~25wt%。
[0025]更優(yōu)選地，步驟4)中所述水溶性的過硫酸鉀或過硫酸銨中的一種的水溶液的濃度為20wt%。
[0026]優(yōu)選地，使用動態(tài)光散射法測定，本發(fā)明中步驟4)中所述含螺吡喃的納米聚合物顆粒水分散體中含螺吡喃的納米聚合物顆粒的平均粒徑為50-60nm。
[0027]優(yōu)選地,步驟4)中引發(fā)劑的質(zhì)量為所述單體質(zhì)量的I~3wt%。
[0028]優(yōu)選地，所述含螺吡喃的納米聚合物顆粒水分散體與I~IOwt %的高分子水溶液的質(zhì)量比為100:1-10。
[0029]更優(yōu)選地，所述含螺吡喃的納米聚合物顆粒水分散體與I~IOwt%的高分子水溶液的質(zhì)量比為20:1。
[0030]本發(fā)明還公開了一種紫外光照指示標(biāo)記物，將上述所述高分子水凝膠用透明高分子材料或玻璃封裝而成。
[0031]優(yōu)選地，所述透明高分子材料選自聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、尼龍或聚酯中的一種。
[0032]更優(yōu)選地，所述透明高分子材料選自聚氯乙烯或尼龍。
[0033]優(yōu)選地，所述封裝的方式選用熱壓封裝或膠粘劑粘合。
[0034]與現(xiàn)有的紫外光環(huán)境響應(yīng)熒光物質(zhì)相比，本發(fā)明具有的有益效果在于:
[0035]1.螺吡喃類化合物光致變色反應(yīng)與輻照量或輻照時(shí)間呈正相關(guān)性，一級反應(yīng)指數(shù)特征，隨輻照時(shí)間延長可達(dá)到最大值；因此可以根據(jù)輻照后色變程度估計(jì)輻照量。
[0036]2.除發(fā)生色變之外，螺吡喃的開環(huán)結(jié)構(gòu)在紫外光照下發(fā)出橘紅色熒光，具有典型特征，易于觀察。[0037]3.本發(fā)明中的最終產(chǎn)物為水性材料，無刺激毒害，易于封裝，可反復(fù)使用，拋棄后不會產(chǎn)生公害問題。
[0038]綜上所述，本發(fā)明設(shè)計(jì)合成了一種紫外UV光響應(yīng)特性的高分子水凝膠。所合成的聚合物材料因含有甲基丙烯酸螺吡喃功能基團(tuán)，將表現(xiàn)出紫外光致變色效應(yīng)特性，其具有易于制備、實(shí)時(shí)顯色明顯特征以及產(chǎn)品安全等優(yōu)點(diǎn)，具有創(chuàng)造性價(jià)值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0039]圖1為本發(fā)明中使用動態(tài)光散射法測定本發(fā)明實(shí)施例1中所述含螺吡喃的納米聚合物顆粒水分散體中的含螺吡喃的納米聚合物顆粒的粒徑的譜圖。
[0040]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中所述含螺吡喃的納米聚合物顆粒水分散體經(jīng)紫外光/可見光照射紫外-可見吸收光譜；圖2中a為紫外光照射后的紫外吸收光譜，b為可見光照射后的吸收光譜。
【具體實(shí)施方式】
[0041]以下通過特定的具體實(shí)例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的【具體實(shí)施方式】加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
[0042]實(shí)施例1
[0043]通過細(xì)乳液聚合反應(yīng)工藝合成含螺吡喃的納米聚合物顆粒水分散體，步驟如下:
[0044]I)配制水相溶液:將2OmmoI十二烷基硫酸鈉和IOmmol pH緩沖劑碳酸氫鈉加入IL水中混合制備水相溶液；
[0045]2)配制油相溶液:將0.1份甲基丙烯酸N-羥乙基螺吡喃酯、2份甲基丙烯酸甲酯、和0.1份交聯(lián)劑1，4- 丁二醇二丙烯酸酯和0.05份助穩(wěn)定劑聚苯乙烯混合均勻；
[0046]3)混合細(xì)化:在30_35°C下將油相與水相按質(zhì)量比例1:1混合；機(jī)械攪拌乳化形成宏乳液后再在30-35°C溫度下超聲均質(zhì)乳化形成細(xì)乳液；
[0047]4)聚合反應(yīng):在50~70°C攪拌條件下加入0.021份的濃度為20wt%過硫酸鉀水溶液反應(yīng)4小時(shí)形成含螺吡喃的納米聚合物顆粒水分散體。
[0048]將20份上述所述含螺吡喃的納米聚合物顆粒水分散體與1份2wt %的聚乙烯醇水溶性混合均勻；并采用熱封方式將上述產(chǎn)品封裝于0.15_醫(yī)用PVC塑料袋中形成紫外光照指示標(biāo)記物。
[0049]將所制紫外光照指示標(biāo)記物懸掛在紫外消毒燈曝光處，數(shù)分鐘后顏色由無色或極淺紅色變成深紫色。該顏色暴露在白光下數(shù)小時(shí)后可返回原始淺色狀態(tài)。
[0050]實(shí)施例2
[0051]僅把實(shí)施例1高分子溶液改為Iwt %的聚丙烯酸鈉水溶液，其余與實(shí)施例1完全相同。
[0052]將所制紫外光照指示標(biāo)記物懸掛在紫外消毒燈曝光處，數(shù)分鐘后顏色由無色或極淺紅色變成深紫色。該顏色暴露在白光下數(shù)小時(shí)后可返回原始淺色狀態(tài)。
[0053]實(shí)施例3[0054]僅把實(shí)施例1中厚度0.15mm醫(yī)用PVC塑料袋改換成厚度0.1mm聚酯袋，其余與實(shí)施例I完全相同。
[0055]將所制紫外光照指示標(biāo)記物懸掛在紫外消毒燈曝光處，數(shù)分鐘后顏色由無色或極淺紅色變成深紫色。該顏色暴露在白光下數(shù)小時(shí)后可返回原始淺色狀態(tài)。
[0056]實(shí)施例4
[0057]僅把實(shí)施例1中交聯(lián)劑換成0.2份的二乙烯基苯，其余與實(shí)施例1完全相同。
[0058]將所制紫外光照指示標(biāo)記物懸掛在紫外消毒燈曝光處，數(shù)分鐘后顏色由無色或極淺紅色變成深紫色。該顏色暴露在白光下數(shù)小時(shí)后可返回原始淺色狀態(tài)。
[0059]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施實(shí)例而已，并非對本發(fā)明的技術(shù)方案作任何形式上的限制。凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施實(shí)例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種高分子水凝膠，其特征在于，所述高分子水凝膠由含螺吡喃的納米聚合物顆粒水分散體和I~10wt%的高分子水溶液混合而成，所述含螺吡喃的納米聚合物顆粒水分散體是采用細(xì)乳液聚合反應(yīng)工藝合成。
2.如權(quán)利要求1所述高分子水凝膠，其特征在于，所述高分子水溶液選自聚乙烯醇水溶液、聚丙烯酸鈉水溶液、聚丙烯酰胺水溶液和聚乙烯吡咯酮啉水溶液中的一種或多種。
3.如權(quán)利要求1所述高分子水凝膠，其特征在于，所述細(xì)乳液聚合反應(yīng)工藝包括如下步驟； 1)配制水相溶液:將乳化劑十二烷基硫酸鈉和PH緩沖劑加入水中制備水相溶液；其中IL水中含有10-30mmol的十二烷基硫酸鈉和5-20mmol的pH緩沖劑； 2)配制油相溶液 :將單體、交聯(lián)劑和助穩(wěn)定劑混合均勻，所述單體為甲基丙烯酸N-羥乙基螺吡喃酯和甲基丙烯酸甲酯；所述甲基丙烯酸N-羥乙基螺吡喃酯與所述甲基丙烯酸甲酯的質(zhì)量比為1:20~50，所述交聯(lián)劑選自1，4- 丁二醇二丙烯酸酯、二乙烯基苯、1，4- 丁二醇二丙烯酸酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯中的一種或多種，所述單體與所述交聯(lián)劑的質(zhì)量比為40~20:1 ;所述助穩(wěn)定劑為聚苯乙烯，所述助穩(wěn)定劑與所述單體的質(zhì)量比為1:20~50 ； 3)混合細(xì)化:將所述水相溶液與所述油相溶液混合乳化并超聲分散；所述水相與所述油相的質(zhì)量比為2~0.5:1 ； 4)聚合反應(yīng):在50~70°C攪拌條件下加入引發(fā)劑形成含螺吡喃的納米聚合物顆粒水分散體，所述引發(fā)劑選自水溶性的過硫酸鉀或過硫酸銨中的一種的水溶液。
4.如權(quán)利要求3所述高分子水凝膠，其特征在于，步驟I)中所述pH緩沖劑為碳酸氫鈉。
5.如權(quán)利要求3所述高分子水凝膠，其特征在于，步驟2)中所述聚苯乙烯的分子量為6000-7000。
6.如權(quán)利要求3所述高分子水凝膠，其特征在于，步驟4)中在60°C攪拌條件下加入引發(fā)劑。
7.如權(quán)利要求3所述高分子水凝膠，其特征在于，步驟4)中所述引發(fā)劑的質(zhì)量為所述單體質(zhì)量的I~3wt%。
8.如權(quán)利要求1所述高分子水凝膠，其特征在于，所述含螺吡喃的納米聚合物顆粒水分散體與I~IOwt%的高分子水溶液的質(zhì)量比為100:1-10。
9.一種紫外光照指示標(biāo)記物，將如權(quán)利要求1-8任一所述高分子水凝膠用透明高分子材料或玻璃封裝而成。
10.如權(quán)利要求9所述紫外光照指示標(biāo)記物，其特征在于，所述透明高分子材料選自聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、尼龍或聚酯中的一種。
【文檔編號】C08L29/04GK104017319SQ201410270930
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月17日
【發(fā)明者】張青, 張?jiān)勛? 張沛怡, 李錦錦, 羅正鴻 申請人:上海交通大學(xué)