紫外光固化PAA⁃PAM共聚水凝胶的制备及性能研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2025.07.005

中国塑料 ›› 2025, Vol. 39 ›› Issue (7): 22-27.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2025.07.005

紫外光固化PAA⁃PAM共聚水凝胶的制备及性能研究

李雅欣, 谢俊龙, 李成豪, 蔡少君()

江汉大学光电材料与技术学院，武汉 430056

收稿日期:2024-08-08 出版日期:2025-07-26 发布日期:2025-07-22
通讯作者: 蔡少君，男，副教授，从事聚合物水凝胶的制备及性能研究方面工作，shaojuncai@163.com
E-mail:shaojuncai@163.com
基金资助:
湖北省大学生创新创业训练计划项目(S202411072096)

Preparation and properties of UV⁃curable PAA⁃PAM copolymer hydrogels

LI Yaxin, XIE Junlong, LI Chenghao, CAI Shaojun()

School of Optoelectronic Materials & Technology，Jianghan University，Wuhan 430056，China

Received:2024-08-08 Online:2025-07-26 Published:2025-07-22
Contact: CAI Shaojun E-mail:shaojuncai@163.com

摘要/Abstract

摘要：

以丙烯酸（AA）和丙烯酰胺（AM）为单体，N，N⁃亚甲基双丙烯酰胺（MBA）为交联剂，Irgaure2959为引发剂，通过紫外光固化法制备聚丙烯酸⁃丙烯酰胺（PAA⁃PAM）共聚水凝胶。分别通过傅里叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜、电子万能试验机、流变仪等对共聚水凝胶的各项性能进行表征，并探究丙三醇的加入对水凝胶力学性能、流变性能、保水性能、黏附性能和抗冻、耐热性能的影响。结果表明，加入丙三醇能有效提高共聚水凝胶的断裂伸长率、韧性、保水性、黏附性和极端温度耐受性。通过紫外光固化法制备的共聚水凝胶，当AA和AM单体摩尔比为4∶6，交联剂MBA含量为1 ‰，丙三醇体积百分比为60 vol% 时，其综合性能最佳：断裂伸长率为631.8 %，拉伸强度为53.0 kPa，并且具有良好的黏附性和抗冻、耐热性能。

关键词: 丙烯酸, 丙烯酰胺, 丙三醇, 共聚水凝胶, 紫外光固化

Abstract:

A UV⁃cured PAA⁃PAM copolymer hydrogel was synthesized using acrylic acid and acrylamide as monomers， N，N'⁃methylenebisacrylamide as a crosslinker， and Irgacure™ 2959 as a photo⁃initiator. The hydrogel properties were comprehensively characterized using FTIR， SEM， mechanical testing， and rheological analysis. This study systematically investigated how glycerol incorporation affects the hydrogel's mechanical strength， viscoelasticity， water retention， adhesion， and temperature resistance. Results indicated that glycerol significantly enhanced the hydrogel's performance， improving its elongation at break （631.8 %）， tensile strength （53.0 kPa）， adhesion， and extreme temperature tolerance. Optimal properties were achieved with an acrylic acid⁃to⁃acrylamide molar ratio of 4∶6， 1 ‰ crosslinker concentration， and 60 vol% glycerol content. The developed hydrogel exhibits excellent comprehensive performance， making it promising for various applications requiring flexibility， durability， and environmental adaptability.

Key words: acrylic acid, acrylamide, glycerol, copolymerized hydrogel, ultraviolet curing

中图分类号:

TQ427

李雅欣, 谢俊龙, 李成豪, 蔡少君. 紫外光固化PAA⁃PAM共聚水凝胶的制备及性能研究[J]. 中国塑料, 2025, 39(7): 22-27.

LI Yaxin, XIE Junlong, LI Chenghao, CAI Shaojun. Preparation and properties of UV⁃curable PAA⁃PAM copolymer hydrogels[J]. China Plastics, 2025, 39(7): 22-27.

图/表 11

AA∶AM比例	交联剂用量/‰	光引发剂质量/g
纯AM	1.0或1.5	0.30
3∶7	1.0或1.5	0.30
4∶6	1.0或1.5	0.30
5∶5	1.0或1.5	0.30
6∶4	1.0或1.5	0.30
7∶3	1.0或1.5	0.30
纯AA	1.0或1.5	0.30

表1 PAA⁃PAM共聚水凝胶制备配方

Tab.1 Preparation formula of PAA⁃PAM copolymer hydrogels

图1 不同单体摩尔比例PAA⁃PAM共聚水凝胶样品的FTIR曲线

Fig.1 FTIR curves of PAA⁃PAM copolymer hydrogel samples with different monomer molar ratios

图2 水凝胶断面的SEM照片

Fig.2 SEM of hydrogel cross section

图3 PAA⁃PAM共聚水凝胶（1 ‰ MBA）的力学性能

Fig.3 Mechanical properties of PAA⁃PAM copolymer hydrogels （1 ‰ MBA）

图4 PAA⁃PAM共聚水凝胶（1.5 ‰ MBA）的力学性能

Fig.4 Mechanical properties of PAA⁃PAM copolymer hydrogels （1.5 ‰ MBA）

图5 PAA⁃PAM共聚水凝胶（1 ‰ MBA，添加丙三醇）的力学性能

Fig.5 Mechanical properties of PAA⁃PAM copolymer hydrogels （1 ‰ MBA， with glycerol）

图6 PAA⁃PAM共聚水凝胶的频率扫描曲线

Fig.6 Frequency scanning curves of PAA⁃PAM copolymer hydrogels

图7 PAA⁃PAM共聚水凝胶黏附不同实物的图片

Fig.7 Images of PAA⁃PAM copolymer hydrogels adhering to different objects

图8 PAA⁃PAM共聚水凝胶的DSC降温曲线

Fig.8 DSC cooling curves of PAA⁃PAM copolymer hydrogels

图9 PAA⁃PAM共聚水凝胶分别在25 ℃和60 ℃下处理24 h后的拉伸、扭曲图片

Fig.9 Stretching and distorting images of PAA⁃PAM copolymer hydrogels being treated at 25 ℃ and 60 ℃ respectively for 24 hours

图10 PAA⁃PAM共聚水凝胶（60 vol%丙三醇）分别在25 ℃和60 ℃下处理24 h的压缩和黏附图片

Fig.10 Compression and adhesion images of PAA⁃PAM copolymer hydrogels being treated at 25 ℃ and 60 ℃ respectively for 24 hours

参考文献 23

[1]	Wang Y， Chen F， Liu Z， et al. A highly elastic and reversibly stretchable all⁃polymer supercapacitor［J］. Angewandte Chemie⁃International Edition， 2019， 58（44）： 7⁃14.
[2]	姚梅，王汝敏，董萌. 紫外光固化体系的研究进展［J］. 中国胶粘剂， 2006， 15（6）： 38⁃41.
	YAO M， WANG R M， DONG M. Research progress of UV curing system［J］. China Adhesives， 2006， 15（6）： 38⁃41.
[3]	姜兵. 丙烯酸⁃丙烯酰胺体系水凝胶可控制备及力学性能研究［D］. 秦皇岛：燕山大学， 2020.
[4]	Lee M K， Rich M H， Baek K， et al. Bioinspired tuning of hydrogel permeability⁃rigidity dependency for 3D cell culture［J］. Scientific reports， 2015， 5（1）： 48⁃55.
[5]	Gun'ko V M， Savina I N， Mikhalovsky S V. Cryogels： morphological， structural and adsorption characterisation［J］. Advances in Colloid and Interface Science， 2013， 18（7）： 31⁃46.
[6]	Choi J R， Yong K W， Choi J Y， et al. Recent advances in photo⁃cross linkable hydrogels for biomedical applications［J］. Bio Techniques， 2019， 66（1）： 40⁃53.
[7]	Pereira R F， Mendes A， Bartolo P J. Novel alginate/aloe vera hydrogel blends as wound dressings for the treatment of several types of wounds［J］. International Conference on Chemical & Process Engineering. Italian： Chemical Engineering Transactions， 2013， 32（3）： 1 009⁃1 014.
[8]	Bakhtiari S S E， Bakhsheshi⁃Rad H R， Karbasi S， et al. 3⁃Dimensional printing of hydrogel⁃based nanocomposites： a comprehensive review on the technology description， properties， and applications［J］. Advanced Engineering Materials， 2021， 32（6）： 23⁃24.
[9]	孙逊，罗鹏，王涛. 水性光引发剂研究进展及其在生物医学中的应用［J］. 影像科学与光化学， 2023， 41（5）： 197⁃223.
	SUN X， LUO P， WANG T， et al. Water⁃soluble photoinitiators： state of art and applications in biomedical science［J］. Imaging Science and Photochemistry， 2023， 41（5）： 197⁃223.
[10]	田光磊. 丙烯酸系高吸水树脂微球的制备及性能研究［D］. 广州：仲恺农业工程学院， 2016.
[11]	俞洁，郑继东，牛韩根. 聚（丙烯酰胺⁃co⁃丙烯酸）水凝胶对孔雀石绿的吸附研究［J］. 水处理技术， 2012， 38（11）： 59⁃64.
	YU J， ZHENG J D， NIU H G. Adsorption properties of malachite green on poly （acrylamide⁃co⁃acrylic acid） hydrogel［J］. Water Treatment Technology， 2012， 38（11）： 59⁃64.
[12]	代志鹏. 聚丙烯酰胺复合水凝胶的制备及其性能研究［D］. 杭州：浙江理工大学， 2018.
[13]	赵梓年，李雅茹. 聚丙烯酸⁃丙烯酰胺复合水凝胶的制备及性能研究［J］. 中国胶粘剂， 2015， 24（8）： 6⁃7.
	ZHAO Z N， LI Y R. Study on preparation and properties of poly （acrylic acid⁃acrylamide） composite hydrogel［J］. China Adhesives， 2015， 24（8）： 6⁃7.
[14]	Chen G， Hu O， Lu J， et al. Highly flexible and adhesive poly （vinyl alcohol）/poly （acrylic amide⁃co-2⁃acrylamido-2⁃methylpropane sulfonic acid）/glycerin hydrogel electrolyte for stretchable and resumable supercapacitor［J］. Chemical Engineering Journal， 2021， 42（5）： 13⁃15.
[15]	陆敏佳，蒋平平，张萍波. 生物基增塑剂的制备及其应用研究（三）［J］. 塑料助剂， 2023， 10（3）： 49⁃57.
	LU M J， JIANG P P， ZHANG P B. Preparation and application of bio⁃based plasticizers （part 3）［J］. Plastic Additives， 2023， 10（3）： 49⁃57.
[16]	刘辉. 聚乙烯醇⁃丙三醇/明胶双网络有机水凝胶的制备与性能研究［D］. 长春：长春工业大学， 2019.
[17]	钟炜锋. 强韧物理交联聚乙烯醇凝胶的构建及性能研究［D］. 无锡：江南大学， 2023.
[18]	王雪. 具有超支化结构响应型水凝胶的制备与性能研究［D］. 大庆：东北石油大学， 2023.
[19]	Abdelhamid A E， Kandil H. Facile approach to synthesis super⁃adsorptive hydrogel based on hyperbranched polymer for water remediation from methylene blue［J］. Reactive and Functional Polymers， 2022， 17（7）： 10⁃11.
[20]	刘凯悦. 双重环境响应性的超分子水凝胶/微凝胶的制备与性能研究［D］. 杭州：浙江工业大学， 2016.
[21]	Yu K H， Lu B Y， Zhao X H. Hydrogel bioelectronics［J］. Chemical Society Reviews， 2018， 48（6）： 42⁃67.
[22]	Liu X， Zhang Q， Gao Z， et al. Bioinspired adhesive hydrogel driven by adenine and thymine ［J］. ACS Applied Materials & Interfaces， 2017， 9（20）： 45⁃52.
[23]	Zhao Y J， Hong W Z， Jia L， et al. Self⁃recoverable， stretchable， and sensitive wearable sensors based on ternary semi⁃interpenetrating ionic hydrogels［J］. ACS Applied Polymer Materials， 2021， 27（5）： 32⁃41.

紫外光固化PAA⁃PAM共聚水凝胶的制备及性能研究

Preparation and properties of UV⁃curable PAA⁃PAM copolymer hydrogels

RichHTML

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 11

参考文献 23

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	党帅营, 郭超, 赵硕, 魏燊, 张轶督, 刘艳萍. 球形观察窗用有机玻璃侵彻断面形成机理分析[J]. 中国塑料, 2025, 39(8): 1-5.
[2]	宋月潇, 周贵阳, 张雄伟, 周丽霞, 陈耀, 杨郑, 邓杭军, 李子昊, 蔡晨曦, 尹红. 单体质量对MMA聚合过程及其聚合物性能的影响研究[J]. 中国塑料, 2025, 39(3): 48-52.
[3]	马建心, 王国梁, 杜中杰, 王武聪, 金华, 邹威, 王洪, 张晨. 羟基官能化ACR的制备及其在PBT改性中的应用研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(9): 14-19.
[4]	李博, 马军, 李文卓. 蒜茎叶基丙烯酸酯液体地膜的制备及抗虫性能研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(8): 33-39.
[5]	刘超凡, 廖盛龙, 仲舒颖, 林英. 响应性透明质酸胶束的合成与性能分析[J]. 中国塑料, 2024, 38(7): 25-31.
[6]	李明昆, 林荣涛, 张永, 刘珮茹, 刘开. 汽车ASA材料超声波雷达衰减性能的研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(5): 78-81.
[7]	纪建超, 颜悦, 陈宇宏, 哈恩华, 郝常山, 雷沛. 在PMMA上低温沉积TiO₂薄膜的光学性能及显微结构[J]. 中国塑料, 2024, 38(3): 7-12.
[8]	刘孟恩, 汤千熠, 张明耀, 刘伯军. 水性抗氧剂组成以及含量对ASA树脂性能的影响[J]. 中国塑料, 2024, 38(3): 73-78.
[9]	马秀清, 劳志超, 李明谦, 韩顺涛, 胡楠. 3D打印工艺参数对PLA/PTW共混物力学性能影响的研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(2): 70-75.
[10]	董志慧, 曲楠, 张雪, 韩櫂濂, 程志强. 聚丙烯酸钠/桑黄菌段复合高吸水树脂的制备及溶胀性能研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(12): 48-53.
[11]	穆旻皓, 刘志海, 郑明明, 郭增贤, 魏浩, 王国军. 树脂基高吸油材料的研究进展[J]. 中国塑料, 2024, 38(11): 144-149.
[12]	房晓彤, 石烨榕, 胡晶. 光固化3D直写打印用双酚A型环氧丙烯酸酯光敏树脂的制备和性能研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(11): 27-32.
[13]	李曦, 王鑫, 齐文, 戚丁文. 氟硅聚合物海洋防污涂料研究进展[J]. 中国塑料, 2024, 38(10): 55-59.
[14]	李宁利, 王瑞, 常紫攀, 栗培龙. 沥青路面水性聚氨酯丙烯酸热反射涂料制备[J]. 中国塑料, 2024, 38(1): 21-27.
[15]	曾媛, 李亮, 刘威, 马晶晶, 刘让同. 海藻酸钠/聚丙烯酰胺复合水凝胶的壳聚糖增韧[J]. 中国塑料, 2024, 38(1): 42-48.