凝膠和水凝膠的制作方法
【專利摘要】描述了凝膠和含凝膠的材料（包括水凝膠）?？梢酝ㄟ^在室溫下混合聚丙烯酸(PAA)和一種聚二醇（例如聚四亞甲基醚二醇PTMEG）來制備凝膠，在一些情形，不需要催化劑。所述混合材料可以用于形成軟的或硬的材料、薄膜和顆粒。所述混合材料可以結(jié)合乙烯基單體并聚合，以形成水凝膠。所述水凝膠具有高的機械強度和高的吸水率。
【專利說明】凝膠和水凝膠
[0001]交叉引用
[0002]本申請要求申請日為2010年11月8日的美國臨時申請61/411，462和申請日為2010年11月8日的美國臨時申請61/412，780的優(yōu)先權(quán)，它們的內(nèi)容在此引作參考。
【背景技術(shù)】
[0003]具有三維結(jié)構(gòu)的聚合物凝膠和親水性水凝膠有許多作為基質(zhì)的重要應(yīng)用，例如用于生物醫(yī)藥、制藥、農(nóng)業(yè)、生物技術(shù)和工業(yè)復(fù)合材料領(lǐng)域。這些聚合物凝膠和水凝膠由于交聯(lián)具有三維(3D)結(jié)構(gòu)；所述交聯(lián)的材料可能不溶于有機溶劑和水。
[0004]聚合物凝膠和水凝膠可以通過單體或多功能單體借助一種或多種催化劑與交聯(lián)劑聚合制備，聚合有時在高溫下進行。這可能導致高的材料成本和加工成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種水凝膠，該水凝膠包括帶有聚丙烯酸的第一聚合物材料、帶有除聚乙二醇外的聚二醇的第二聚合物材料，和一種或多種帶有乙烯基的物品。在一個實施例中，所述第一聚合物材料基本上為均聚物。在另一實施例中，所述第二聚合物材料基本上為均聚物。在又一實施例中，所述第一聚合物材料通過氫鍵連接到所述第二聚合物材料。在又一實施例中，所述聚二醇為聚四亞甲基醚二醇。在又一實施例中，所述帶有乙烯基的物品中的至少一個為丙烯酰胺。在又一實施例中，所述帶有乙烯基的物品中的至少一個可以是丙烯酸、甲基丙烯酸、乙烯醇、醋酸乙烯酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸乙烯酯、乙烯基苯甲酸、乙烯基苯甲醇、乙烯基硼酸二丁酯、乙烯基甲酰胺、甲基丙烯酸乙烯酯、乙烯基吡啶、1-乙烯基-2-吡咯烷酮、乙烯基磺酸或乙烯基三甲氧基硅烷。在又一實施例中，所述帶有乙烯基的物品 基本上是聚合物。在又一實施例中，所述水凝膠還包括一交聯(lián)齊U。在又一實施例中，所述交聯(lián)劑為二(乙二醇基)二乙烯基醚，二(乙基乙二醇)二丙烯酸酯或N，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺。在又一實施例中，所述帶有乙烯基的物品通過共價鍵連接到所述第一聚合物材料。在又一實施例中，所述水凝膠在一個、兩個或50個吸水-脫水循環(huán)后基本上不變。在又一實施例中，所述水凝膠的保水容量至少約為所述水凝膠的重量的10倍或50倍。在又一實施例中，所述水凝膠的保水容量至少約為所述水凝膠的重量的10%或20%或100%或1000%。在又一實施例中，所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料的重量之比約為1:3或1:6。在又一實施例中，所述聚丙烯酸來自回收利用的聚丙烯酸。在又一實施例中，所述水凝膠還包括纖維素、明膠和/或黏土。在又一實施例中，所述纖維素包括羥甲基纖維素。在又一實施例中，所述水凝膠的拉伸強度為約lOOOg/cm2 (克/平方厘米)至約4000g/cm2或約2000g/cm2至約3000g/cm2。在又一實施例中，所述水凝膠的沖擊強度為約1000g/cm2至約4000g/cm2或約2000g/cm2至約3000g/cm2。在又一實施例中，所述水凝膠還包括肥料、硅土、聚乙烯或聚苯乙烯。在又一實施例中，所述第一聚合物材料的分子量Mw (g/mol)(克/摩爾)為約250，000至約I, 000，000或者在約400，000至600，000之間。在又一實施例中，所述第二聚合物材料的分子量Mw(g/mol)為約650至約2，000或者在約500至1000。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種制備水凝膠的方法，該方法包括在一反應(yīng)容器提供一帶有聚丙烯酸的第一聚合物材料、帶有除聚乙二醇外的聚二醇的第二聚合物材料和一種或多種帶有乙烯基的物品；混合所述第一聚合物材料、所述第二聚合物材料和所述一種或多種帶有乙烯基的物品。在一個實施例中，所述第一聚合物材料基本上為均聚物。在另一實施例中，所述第二聚合物材料基本上為均聚物。在又一實施例中，所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料的重量之比約為1:3或1:6。在又一實施例中，對所述第一聚合物材料、所述第二聚合物材料和所述一種或多種帶有乙烯基的物品的混合物加熱。在又一實施例中，所述第一聚合物材料、所述第二聚合物材料和至少一種所述帶有乙烯基的物品在15° C至30° C之間混合。在又一實施例中，所述帶有乙烯基的物品中的至少一個是丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸、乙烯醇、醋酸乙烯酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸乙烯酯、乙烯基苯甲酸、乙烯基苯甲醇、乙烯基硼酸二丁酯、乙烯基甲酰胺、甲基丙烯酸乙烯酯、乙烯基吡啶、1-乙烯基-2-吡咯烷酮、乙烯基磺酸或乙烯基三甲氧基硅烷。在又一實施例中，所述聚丙烯酸來自回收利用的聚丙烯酸。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種凝膠，該凝膠包括帶有聚丙烯酸的第一聚合物材料、帶有除聚乙二醇外的聚二醇的第二聚合物材料，其中所述第一聚合物材料通過氫鍵連接到所述第二聚合物材料。在一個實施例中，所述聚二醇為聚四亞甲基醚二醇。在另一實施例中，所述第一聚合物材料基本上為均聚物。在又一實施例中，所述第二聚合物材料基本上為均聚物。在又一實施例中，所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料的重量之比約為1:3或1:6。在又一實施例中，所述第一聚合物材料的分子量Mw(g/mol)為約250，000至約1，000, 000或者在約400，000和600，000之間。在又一實施例中，所述第二聚合物材料的分子量Mw (g/mol)為約650至約2，000或者在約500和1000之間。在又一實施例中，提供一種包括所述凝膠的水凝膠。在又一實施例中，所述水凝膠的保水容量至少約為所述水凝膠的重量的10倍或50倍。在又一實施例`中，所述水凝膠的保水容量至少約為所述水凝膠的重量的10%或20%或100%或1000%。在又一實施例中，所述水凝膠在一個、兩個或50個吸水-脫水循環(huán)后基本上不變。在又一實施例中，所述水凝膠還包括肥料、硅土、聚乙烯或聚苯乙烯。在又一實施例中，所述水凝膠還包括纖維素、明膠和/或黏土中的一種或多種。在又一實施例中，所述纖維素包括羧甲基纖維素。在又一實施例中，所述聚丙烯酸來自回收利用的聚丙烯酸。在又一實施例中，所述水凝膠的拉伸強度為約1000g/cm2至約4000g/cm2或約2000g/cm2至約3000g/cm2。在又一實施例中，所述水凝膠的沖擊強度為約IOOOg/cm2 至約 4000g/cm2 或約 2000g/cm2 至約 3000g/cm2。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種制備凝膠的方法，該方法包括混合第一聚合物材料和第二聚合物材料，以在所述第一聚合材料和所述第二聚合材料之間引入氫鍵，其中所述第一聚合材料包括聚丙烯酸，所述第二聚合材料包括除聚乙二醇外的聚二醇。在一個實施例中，所述第一聚合物材料基本上為均聚物。在另一實施例中，所述第二聚合物材料基本上為均聚物。在又一實施例中，所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料在15° C至30° C之間混合。在又一實施例中，所述凝膠的制備不使用催化劑。在又一實施例中，所述聚二醇為聚四亞甲基醚二醇。在又一實施例中，所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料的重量之比約為1:3或1:6。在又一實施例中，所述聚丙烯酸來自回收利用的聚丙烯酸。在又一實施例中，所述凝膠的拉伸強度為約1000g/cm2至約4000g/cm2或約2000g/cm2至約3000g/cm2。在又一實施例中，所述凝膠的沖擊強度為約1000g/cm2至約4000g/cm2或約2000g/cm2 至約 3000g/cm2。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種農(nóng)業(yè)耕作方法，該方法包括在一塊土壤里提供一水凝膠，所述水凝膠包括一鍵合至一第二聚合物材料的一第一聚合物材料，其中所述第一聚合物材料包括聚丙烯酸，所述第二聚合物材料包括除聚乙二醇外的聚二醇。在一個實施例中，所述第二聚合物材料為聚四亞甲基醚二醇。在另一實施例中，所述第一聚合物材料基本上為均聚物。在又一實施例中，所述第二聚合物材料基本上為均聚物。在又一實施例中，所述水凝膠的保水容量至少約為所述水凝膠的重量的10倍或50倍。在又一實施例中，所述水凝膠的保水容量至少約為所述水凝膠的重量的10%。在又一實施例中，所述水凝膠的保水容量至少約為所述水凝膠的重量的20%或100%或1000%。在又一實施例中，所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料的重量之比約為1:3或1:6。在又一實施例中，所述水凝膠還包括交聯(lián)劑。在又一實施例中，所述水凝膠無須催化劑制備。在又一實施例中，所述第一聚合物材料的分子量Mw (g/mol)為約250，000至約1，000, 000或者在約400，000和600，000之間。在又一實施例中，所述第二聚合物材料的分子量Mw (g/mol)為約500至約2，000或者在約650和1000之間。在又一實施例中，所述聚丙烯酸來自回收利用的聚丙烯酸。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種設(shè)置為在干旱環(huán)境中種植種子的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一種子容器和在所述種子容器內(nèi)的種子，所述種子容器由帶有聚丙烯酸的、以氫鍵連接至一第二聚合物材料的第一聚合物材料制成。在一個實施例中，所述第二聚合物材料為聚四亞甲基醚二醇。在另一實施例中，所述第一聚合物材料基本上為均聚物。在又一實施例中，所述第二聚合物材料基本上為均聚物。在又一實施例中，所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料的重量之比約為1:3·或1:6。在又一實施例中，所述第一聚合物材料的分子量Mw(g/mol)為約250，000至約I, 000，000或者在約400，000和600，000之間。在又一實施例中，所述第二聚合物材料的分子量Mw(g/mol)為約500至約2，000或者在約650和1000之間。在又一實施例中，提供一種種植植物的方法，該方法包括在一塊土壤里提供一種子，所述種子設(shè)置為在干旱·環(huán)境中生長，所述種子還包括一種子容器和在所述種子容器內(nèi)的種子，所述種子容器由帶有聚丙烯酸的、以氫鍵連接至一帶聚二醇的第二聚合物材料的第一聚合物材料制成。在又一實施例中，所述種子生長的植物包括一葉部，所述葉部與沒有種子容器的種子生長的葉部相比質(zhì)量至少為二倍或三倍或五倍或十倍。在又一實施例中，所述種子生長的植物包括一根部，所述根部與沒有種子容器的種子生長的根部相比質(zhì)量至少為二倍或三倍或五倍或十倍。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一塊土壤，該土壤包括土壤和土壤內(nèi)的水凝膠，所述水凝膠由帶有聚丙烯酸的、以氫鍵連接至一帶有聚二醇的第二聚合物材料的第一聚合物材料制成。在一個實施例中，所述聚二醇為聚四亞甲基醚二醇。在另一實施例中，所述第一聚合物材料基本上為均聚物。在又一實施例中，所述第二聚合物材料基本上為均聚物。在又一實施例中，所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料的重量之比約為1:3或1:6。在又一實施例中，所述第一聚合物材料的分子量Mw (g/mol)為約250，000至約1，000, 000或者在約400，000和600，000之間。在又一實施例中，所述第二聚合物材料的分子量Mw(g/mol)為約500至約2，000或者在約650和1000之間。在又一實施例中，所述水凝膠在一個、兩個或50個吸水-脫水循環(huán)后基本上不變。在又一實施例中，所述水凝膠的保水容量至少約為所述水凝膠的重量的10倍或50倍。在又一實施例中，所述水凝膠的保水容量至少約為所述水凝膠的重量的10%或20%或100%或1000%。在又一實施例中，所述水凝膠還包括帶乙烯基的物品。在又一實施例中，所述帶有乙烯基的物品可以是丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸、乙烯醇、醋酸乙烯酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸乙烯酯、乙烯基苯甲酸、乙烯基苯甲醇、乙烯基硼酸二丁酯、乙烯基甲酰胺、甲基丙烯酸乙烯酯、乙烯基吡啶、1-乙烯基-2-吡咯烷酮、乙稀基橫酸或乙稀基二甲氧基娃燒。在又一實施例中，所述帶有乙稀基的物品為聚合物。在又一實施例中，所述帶有乙烯基的物品共價鍵連接至所述第一聚合物材料。在又一實施例中，所述聚丙烯酸來自回收利用的聚丙烯酸。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種凝膠，所述凝膠包括聚丙烯酸和除聚乙二醇外的聚二醇，其中所述聚丙烯酸通過氫鍵連接至所述聚二醇。在一個實施例中，所述聚二醇為聚四亞甲基醚二醇。在另一實施例中，所述第一聚合物材料基本上為均聚物。在又一實施例中，所述第二聚合物材料基本上為均聚物。在又一實施例中，所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料的重量之比約為1:3或1:6。在又一實施例中，所述第一聚合物材料的分子量Mw (g/mol)為約250，000至約I, 000，000或者在約400，000和600，000之間。在又一實施例中，所述第二聚合物材料的分子量Mw (g/mol)為約500至約2，000或者在約650和1000之間。在又一實施例中，水凝膠包括一種凝膠，所述凝膠包括聚丙烯酸和除聚乙二醇外的聚二醇，其中所述聚丙烯酸通過氫鍵連接至所述聚二醇。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種環(huán)境友好的水凝膠，所述水凝膠包括聚丙烯酸均聚物，所述均聚物氫鍵連接至另一帶有環(huán)境友好的聚二醇的均聚物。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種制備環(huán)境友好的水凝膠的方法，該方法包括混合聚丙烯酸均聚物和另一帶有環(huán)境友好的聚二醇的均聚物。所述聚丙烯酸均聚物與所述另一均聚物之間形成氫鍵作用。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種環(huán)境友好的水凝膠，所述水凝膠包括帶聚丙烯酸的一第一聚合物材料 ，所述第一聚合物材料通過氫鍵連接至另一帶有環(huán)境友好的聚二醇的一第二聚合物材料。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種制備環(huán)境友好的水凝膠的方法，該方法包括混合帶有聚丙烯酸的第一聚合物材料和另一帶有環(huán)境友好的聚二醇的第二聚合物材料，混合后所述聚丙烯酸與所述環(huán)境友好的聚二醇之間形成氫鍵作用。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種環(huán)境友好的水凝膠，所述水凝膠包括帶聚丙烯酸的一第一聚合物材料，帶聚二醇的一第二聚合物材料和一種或多種環(huán)境友好的聚合物，所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料之間有氫鍵作用。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種制備環(huán)境友好的水凝膠的方法，該方法包括在一反應(yīng)容器提供帶有聚丙烯酸的第一聚合物材料、帶有聚二醇的第二聚合物材料和一種或多種環(huán)境友好的聚合物，混合所述帶有聚丙烯酸的第一聚合物材料、所述帶有聚二醇的第二聚合物材料和所述一種或多種環(huán)境友好的聚合物。
[0019]根據(jù)下面的詳細描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員會容易地理解本發(fā)明的其他方面和優(yōu)點，其中本說明書僅僅示出和描述了示例性的實施例?？梢岳斫猓渌暮筒煌膶嵤├部梢詫嵤┍景l(fā)明，可以對實施例的細節(jié)進行改變而不背離本發(fā)明的范圍。因此，附圖和詳細描述僅僅是示例性的而不構(gòu)成具有限定性。
[0020]參考引用
[0021]本說明書中提到的所有出版物、專利和專利申請均在此引作參考，就像每個單個的出版物、專利和專利申請引作參考一樣。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]所附的權(quán)利要求限定了本發(fā)明的新穎性的特點。參考附圖并結(jié)合對示例性實施例的下述詳細描述，本發(fā)明的特征和優(yōu)點會更清楚，所述實施例利用了本發(fā)明的原理，附圖中:
[0023]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的、形成在一個模具內(nèi)的三維(“3D”)凝膠；
[0024]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的、凝膠單體子單元之間形成的氫鍵；其中示出了羥基氧(O)、氫(H)和聚合物鏈中的氧(-0-)；
[0025]圖3示出了根據(jù)實例I的方法形成的凝膠；
[0026]圖4示出了聚丙烯酸樣品(上部)和PAA-PTMEG (聚丙烯酸-聚四亞甲基醚二醇)三維聚合物凝膠(下部)的傅里葉變換紅外(FTIR)色譜；
[0027]圖5示出了聚四亞甲基醚二醇(PTMEG)樣品(上部)和PAA-PTMEG三維聚合物凝膠(下部)的傅里葉變換紅外(FTIR)色譜；
[0028]圖6示出了水凝膠的壓縮試 驗；
[0029]圖7示出了包含在水凝膠內(nèi)的水的蒸發(fā)速率；
[0030]圖8示出了 PTMEG(8a)和PAA-PTMEG三維聚合物凝膠(8b)的差示掃描量熱曲線；和
[0031 ] 圖9示出了 PAA-PTMEG三維聚合物凝膠與聚乙烯混合后的差示掃描量熱(DSC)曲線。聚乙烯與PAA-PTMEG凝膠混合后，玻璃化溫度或熔點(Tm)不同于聚乙烯本身。
【具體實施方式】
[0032]盡管在此示出和描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，這些實施例僅僅是示例性的。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以進行多種改動、變化和替代而不背離本發(fā)明。應(yīng)當理解，在此描述的各種替代方案可以用來實施本發(fā)明。
[0033]在此所用的術(shù)語“聚合物材料”包括帶有一個或多個單體子單元(或單元)的材料。在一個實施例中，聚合物材料可以包括一種或多種重復(fù)子單元。在另一實施例中，聚合物材料可以包括同一種重復(fù)子單元。在又一實施例中，聚合物材料可以包括兩種或多種不同的重復(fù)子單元。在又一實施例中，聚合物材料可以包括彼此鍵合的單體子單元。在又一實施例中，聚合物材料可以包括彼此借助共價鍵鍵合的單體子單元。
[0034]在此所用的術(shù)語“凝膠”包括一材料，所述材料包括一種或多種鍵合在一起的聚合物材料。在一個實施例中，凝膠(或“聚合物凝膠”)可以包括一種或多種鍵合在一起的聚合物材料，以形成三維結(jié)構(gòu)。在另一實施例中，凝膠可以包括兩種鍵合在一起的聚合物材料，以形成三維結(jié)構(gòu)(或三維網(wǎng)絡(luò))。在又一實施例中，凝膠可以包括一種或多種借助氫鍵鍵合在一起的聚合物材料。在又一實施例中，凝膠可以包括一種或多種僅僅借助氫鍵鍵合在一起的聚合物材料。在又一實施例中，帶有一個或多個單體子單元的第一聚合物材料通過氫鍵鍵合至帶有一個或多個單體子單元的第二聚合物材料。在又一實施例中，所述氫鍵在第一聚合物材料的氫原子和電負性原子(例如氧、氮、氟)之間形成。
[0035]在此所用的術(shù)語“水凝膠”(也稱作“水性凝膠”)為設(shè)置為保持水的任何物質(zhì)。水凝膠可以包括多個親水根，即對一個或多個水分子具有吸引作用的基團或子基團。根據(jù)在此描述的方法制成的水凝膠的保水能力等于或超過目前的水凝膠。
[0036]在此所用的術(shù)語“均聚物”為由同樣的單體構(gòu)成的聚合物物質(zhì)。例如丙烯酸的均聚物為僅包含丙烯酸的聚合物。在此所用的術(shù)語“基本上均聚物”是指包括約80%、或約81%、或約82%、或約83%、 或約84%、或約85%、或約86%、或約87%、或約88%、或約89%、或約90%、或約91%、或約92%、或約92%、或約94%、或約95%、或約96%、或約97%、或約98%、或約99%、或約99.5%、或約99.9%、或約99.95%的同一種單體單元的聚合物材料。例如，帶聚丙烯酸的材料為基本上均聚物是指該材料的至少80%由丙烯酸單體單元構(gòu)成。例如，帶聚四亞甲基醚二醇(PTMEG)的聚合物材料為基本上均聚物是指該材料的至少80%由聚四亞甲基醚二醇單體單元構(gòu)成。
[0037]在此所用的術(shù)語“基本上不變”是指凝膠或水凝膠在吸水-脫水循環(huán)后呈現(xiàn)吸水-脫水循環(huán)之前同樣的質(zhì)量(mass)。
[0038]上述的凝膠或水凝膠材料還可以和其他材料(例如聚乙烯或聚苯乙烯)混合，以形成具有高拉伸強度和高沖擊強度的聚合物復(fù)合物。
[0039]在此提供的凝膠或水凝膠可以用于多種應(yīng)用，例如農(nóng)業(yè)目的的水保持系統(tǒng)。在此提供的凝膠或水凝膠至少部分基于出于意料的效果，在此提供的特定組分的結(jié)合導致所形成的凝膠或水凝膠具有適于這種應(yīng)用的特性，例如高保水容量。例如，帶有聚丙烯酸和聚四亞甲基醚二醇的凝膠對環(huán)境友好，長期使用不會導致環(huán)境污染。在一些情形，這種凝膠和水凝膠可以在室溫或接近室溫下容易地形成而無需加熱，在一些情形不需要借助催化劑，從而減小了加工成本并最終減小了可能導致全球變暖的排放。
[0040]在各種實施例中，公開了無需催化劑生產(chǎn)凝膠的組合物和方法。在一些實施例中，可以在室溫(即在約15° C至30° C之間的溫度)生產(chǎn)凝膠，節(jié)約了加工成本。在另一些實施例中，凝膠不明顯溶于有機溶劑或水。
[0041 ] 在一些實施例中，兩種聚合物材料形成聚合物凝膠(在此也稱作“凝膠”)，其可以是軟的韌性材料。凝膠的粘度至少類似于橡膠或類似橡膠的材料。在一些情形，凝膠的粘度大于約 IO3Pa.s (帕秒)或 IO4Pa.s 或 IO5Pa.s 或 IO6Pa.s 或 IO7Pa.s 或 IO8Pa.s 或IO9Pa.s或IO10Pa.s或IO11Pa.s或IO12Pa.S。在一個實施例中，可以在室溫生產(chǎn)凝膠，并且無需催化劑且無副產(chǎn)物。
[0042]在一個實施例中，公開了用于生產(chǎn)水凝膠的組合物和方法。所述水凝膠可以由在此提供的凝膠制成，所述凝膠可以包括單鏈的第一聚合物材料，例如PAA，其通過氫鍵連接至單鏈的第二聚合物材料，例如PTMEG。
[0043]使用上述的聚合物凝膠作為骨架，可以通過將特定的親水性單體與兩種聚合物材料混合和其他單體的原位聚合來制備親水性水凝膠，所述聚合物材料例如是聚丙烯酸(也稱作PAA)，所述其他單體例如是帶乙烯基的單體。
[0044]上述的水凝膠可以與材料諸如肥料或土壤混合，以提供具有提高的保水容量的混合材料。
[0045]凝膠和水凝膠
[0046]根據(jù)水凝膠本發(fā)明的一個方面，提供一種凝膠(在此也稱作“類似凝膠的物質(zhì)”)。在一個實施例中，提供一種三維(“3D”)凝膠。所述三維凝膠可以包括兩種或多種聚合物材料。在一些情形，凝膠包括兩種或多種彼此之間氫鍵連接的聚合物材料。所述聚合物材料可以通過其一個或多個子單元彼此氫鍵連接。
[0047]在一些實施例中，凝膠包括I種、2種、3種、4種、5種、6種、7種、8種、9種、10種或更多種彼此之間氫鍵連接的聚合物材料。
[0048]在一些實例中，提供的凝膠帶有一第一聚合物材料和一第二聚合物材料。在一個實施例中，所述第一聚合物材料交聯(lián)至所述第二聚合物材料。在另一實施例中，所述第一聚合物材料通過氫鍵連接至所述第二聚合物材料。在又一實施例中，所述第一聚合物材料只通過氫鍵連接至所述第二聚合物材料。在又一實施例中，所述第一聚合物材料為線性聚丙烯酸(“PAA”)，所述第二聚合物材料為聚二醇。在又一實施例中，所述第一聚合物材料為PAA，所述第二聚合物材料為聚四亞甲基醚二醇(“PTMEG”)。在一些實施例中，所述凝膠包括一第三聚合物材料。在一個實施例中，所述第三聚合物材料通過氫鍵連接至所述第二聚合物材料。在一個實施例中，所述第三聚合物材料通過氫鍵連接至所述第一聚合物材料。在另一實施例中，所述第三聚合物材料通過氫鍵連接至所述第一和第二聚合物材料。在又一實施例中，所述第一聚合物材料為PAA，所述第二聚合物材料為聚二醇，所述第三聚合物材料為聚丙烯酰胺(“PAM”)。在又一實施例中，所述第一聚合物材料為PAA，所述第二聚合物材料為PTMEG，所述第三聚合物材料為聚乙烯醇。在又一實施例中，所述第三聚合物材料通過共價鍵連接至所述第一聚合物材料。
[0049]在一些實施例中，PAA來自回收利用的聚丙烯酸，例如從用過的尿布提取的聚丙烯酸。在一些情形，可能需要額外的過程來制備回收利用的聚丙烯酸，以用于在此的凝膠和水凝膠。
[0050]在一個實施例中，凝膠包括聚丙烯酸(或聚合的丙烯酸，“PAA”)和聚二醇。在一些實施例中，凝膠還包括未聚合的丙烯酸單體。在一些實施例中，凝膠包括帶乙烯基的單體(在此也稱作“帶乙烯基的材料”)，包括丙烯酰胺、甲基丙烯酸、乙烯醇、醋酸乙烯酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸乙烯酯、乙烯基苯甲酸、乙烯基苯甲醇、乙烯基硼酸二丁酯、乙烯基甲酰胺、甲基丙烯酸乙烯酯、乙烯基吡啶、1-乙烯基-2-吡咯烷酮、乙烯基磺酸和乙烯基三甲氧基硅烷。在一些實施例中，凝膠包括帶乙烯基的聚合物(在此也稱作帶乙烯基的材料)。當帶乙烯基的材料為酸時，凝膠可以包括該酸的鹽類衍生物。例如，當所述單體為丙烯酸時，凝膠可以包括丙烯酸的鈉鹽或鉀鹽，或者聚丙烯酸的鈉鹽或鉀鹽。在一些實施例中，帶乙烯基的材料通過共價鍵連接至聚丙烯酸。
[0051]在一些實施例中，凝膠包括聚合的丙烯酸，(“PAA”)和一種或多種聚二醇，所述一種或多種聚二醇選自聚乙二醇(PEG)、聚四亞甲基醚二醇(PTMEG)和聚丙二醇(PPG)。盡管PPG提供理想的高柔軟度的聚合物凝膠，其較少用于醫(yī)療應(yīng)用，這是因為PPG需要催化劑和異氰酸酯反應(yīng)。在另一實施例中，凝膠包括PAA和PEG。在又一實施例中，凝膠包括PAA和PTMEG0在又一實施例中，凝膠包括PAA和PPG。
[0052]在一個實施例中，凝膠(包括水凝膠)包括一第一聚合物材料和一第二聚合物材料，所述第二聚合物材料具有- O- (CH2)n子單元，其中η為大于或等于2、3、4、5、6、7、8、9、
10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20的數(shù)。在另一實施例中，η大于或等于2。在又一實施例中，η大于或等于3。在又一實施例中，η大于或等于4。在這一情形，所述第二聚合物可以是PTMEG。在又一實施例中，所述凝膠可以包括一第三聚合物材料。在又一實施例中，所述凝膠可以包括聚合物材料之間的氫鍵作用。
[0053]在一個實施例中，凝膠包括一第一聚合物材料和一第二聚合物材料，所述第二聚合物材料具有-O- (CH2CH2)m子單元，其中m為大于或等于2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、
13、14、15、16、17、18、19或20的數(shù)。在另一實施例中，m大于或等于2。在這一情形，所述第二聚合物可以是PTMEG。在又一實施例中，m大于或等于3。在又一實施例中，m大于或等于4。在一個實例中，所述第一聚合物材料可以包括一通過氫鍵連接至所述第二聚合物材料的聚合物材料。在一些實例中，所述第一聚合物材料可以包括PAA。在另一實例中，所述凝膠可以包括聚合物材料之間的氫鍵作用。
[0054]在一個實施例中，三維凝膠結(jié)構(gòu)可以通過混合聚丙烯酸和聚二醇從而提供一聚合物而形成，其中這兩個組分僅僅通過它們的氫鍵作用。在一些情形，凝膠通過加熱帶聚丙烯酸和聚二醇的混合物形成。所述混合材料的性能不同于起始物料。所述線性聚丙烯酸為粉末，所述聚二醇在室溫下為粘性液體。在另一實施例中，所述混合材料為類似橡膠的固體(即具有類似于橡膠或類似橡膠的材料的粘度)。在又一實施例中，所述混合材料不能顯著地溶于任何溶劑，有機溶劑或水。
[0055]在一個實施例中，凝膠包括聚丙烯酸(PAA)和聚二醇，它們的平均分子量選擇為提供理想的凝膠性能。在另一實施例中，凝膠包括PAA和PTMEG，它們的平均分子量選擇為提供理想的凝膠性能。
[0056]在一些實施例中，凝膠包括PAA，其平均分子量(Mw)在約1，800至約4，000, 000 (g/mol)之間。在一些實施例中 ，凝膠包括聚二醇，其平均分子量(Mw)至少約250、至少約650、至少約1000、至少約2000或至少約3000。
[0057]在一些實施例中，所述第一聚合物和所述第二聚合物的重量比為約1: 1、或約1:2、或約1:3、或約1:6、或約1:10、或約1:20、或約2: 1、或約3: 1、或約4: 1、或約5: 1、或約6: 1、或約10: 1、或約20: 1、或更高。
[0058]在一些實施例中，包括第一聚合物和第二聚合物的凝膠與聚乙烯混合。在一些實施例中，聚乙烯和包括第一聚合物和第二聚合物的凝膠的混合物呈現(xiàn)比聚乙烯本身更高的沖擊強度。在一些實施例中，聚乙烯和包括第一聚合物和第二聚合物的凝膠的混合物呈現(xiàn)比聚乙烯本身更高的拉伸強度。
[0059]環(huán)境友好的凝膠和水凝膠
[0060]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供環(huán)境友好的凝膠和水凝膠。環(huán)境友好的凝膠和水凝膠可以是非毒性的和/或可生物降解的。非毒性的和可生物降解的水凝膠可以利用第一聚合物材料諸如聚丙烯酸和第二聚合物材料諸如一種環(huán)境友好的聚二醇制備。這種非毒性的和可生物降解的水凝膠對環(huán)境友好(在此也稱作“環(huán)境友好的水凝膠”)，這是因為它們減小(如果沒有消除)有害成分的產(chǎn)生，例如從而減小(如果沒有消除)有害成分進入(或泄漏到)水源。在一些實施例中，所述環(huán)境友好的聚二醇為聚四亞甲基醚二醇(PTMEG)。在一些實施例中，所述第一聚合物材料為均聚物。在一些實施例中，所述環(huán)境友好的聚二醇為均聚物。在一些實施例中，所述第一聚合物材料，例如聚丙烯酸，通過氫鍵連接至所述環(huán)境友好的聚二醇。在一些實施例中，所述環(huán)境友好的聚二醇不包括聚乙二醇。
[0061]在一些實施例中，一種環(huán)境友好的水凝膠與聚乙烯混合。環(huán)境友好的水凝膠與聚乙烯的混合物能呈現(xiàn)比聚乙烯本身更高的沖擊強度。在一些情形，環(huán)境友好的水凝膠與聚乙烯的混合物能呈現(xiàn)比聚乙烯本身更高的拉伸強度。
[0062]在一些實施例中，環(huán)境友好的水凝膠呈現(xiàn)的性能如以下對凝膠和水凝膠所描述。在一些實施例中，一種環(huán)境友好的水凝膠還可以與一環(huán)境友好的聚合物結(jié)合，如下文所述，所述聚合物不是聚二醇，例如是纖維素。在一些實施例中，環(huán)境友好的水凝膠通過下述的方法制備。在一些實施例中，環(huán)境友好的水凝膠具有上述的組合物。在一些實施例中，環(huán)境友好的水凝膠與一材料諸如肥料或土壤混合，以提供高保水容量的混合材料。
[0063]包括一種環(huán)境友好的聚二醇的環(huán)境友好的水凝膠與包括毒性聚二醇的水凝膠相比優(yōu)點在于，不含毒性材料的水凝膠可以有更廣泛的應(yīng)用。例如，環(huán)境友好的水凝膠可以用于農(nóng)業(yè)或醫(yī)療應(yīng)用，或者與環(huán)境友好的聚合物相結(jié)合以提供適于醫(yī)藥和農(nóng)業(yè)的混合物。下文會描述環(huán)境友好的水凝膠的進一步應(yīng)用。
[0064]制備凝膠和水凝膠的方法
[0065]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供制備凝膠(在此也稱作“類似凝膠的物質(zhì)”)的方法，所述凝膠包括三維凝膠(“3D”)。在一個實施例中，第一步驟用于制成一第一聚合物材料，第二步驟用于制成一第二聚合物材料。所述第一和第二聚合物材料混合形成凝膠。所述聚合物材料可以在一反應(yīng)容器或反應(yīng)室混合，例如在一燒杯、桶、槽或大桶內(nèi)。在一些情形，所述聚合物材料可以在持續(xù)攪拌條件下加入所述反應(yīng)容器。
[0066]在一個實施例中，制備凝膠或類似凝膠的物質(zhì)的方法包括結(jié)合一第一聚合物材料和一第二聚合物材料以形成凝膠，所述凝膠具有通過所述第一和第二聚合物材料的子單元之間的氫鍵連接至所述第二聚合 物材料的所述第一聚合物材料。
[0067]在一個實施例中，通過在室溫下混合帶有PAA的第一聚合物材料和帶有聚二醇(例如PEG，PTMEG, PPG)的第二聚合物材料來制備凝膠。在一些情形，所述第二聚合物材料不包括聚乙二醇。在另一實施例中，通過在約15° C至35° C、15° C至30° C、20° C至30° C或22° C至27° C的溫度混合帶有PAA的第一聚合物材料和帶有聚二醇(例如PEG，PTMEG, PPG)的第二聚合物材料來制備凝膠。在又一實施例中，通過混合帶有PAA的第一聚合物材料和帶有聚二醇的第二聚合物材料來制備凝膠，混合溫度在約15° C、15.1° C、
15.2° C、15.3。C、15.4。C、15.5。C、15.6。C、15.7。C、15.8。C、15.9。C、16.0。C、16.1° C、16.2° C、16.3° C、16.4° C、16.5° C、16.6° C、16.7° C、16.8° C、16.9° C、17.0° C、17.1。C、17.2。C、17.3。C、17.4。C、17.5。C、17.6。C、17.7。C、17.8。C、17.9° C、18.0。C、18.1。C、18.2。C、18.3。C、18.4。C、18.5。C、18.6。C、18.7。C、18.8° C、18.9。C、19.0。C、19.1。C、19.2。C、19.3。C、19.4。C、19.5。C、19.6。C、
19.7° C、19.8。C、19.9。C、20.0° C、20.1。C、20.2。C、20.3。C、20.4。C、20.5。C、20.6° C、20.7。C、20.8° C、20.9。C、21.0。C、21.1。C、2L2。C、21.3。C、2L4。C、
21.5° C、21.6° C、21.7。C、21.8。C、21.9° C、22.0。C、22.1。C、22.2。C、22.3。C、22.4° C、22.5。C、22.6° C、22.7。C、22.8。C、22.9。C、23.0。C、23.1。C、23.2。C、
23.3° C、23.4。C、23.5。C、23.6。C、23.7。C、23.8。C、23.9。C、24.0。C、24.1。C、24.2°C、24.3。C、24.4°C、24.5。C、24.6。C、24.7。C、24.8。C、24.9。C、25.0。C、
25.1°C、25.2。C、25.3。C、25.4。C、25.5。C、25.6。C、25.7。C、25.8。C、25.9° C、26.0°C、26.1°C、26.2°C、26.3° C、26.4° C、26.5° C、26.6° C、26.7° C、26.8° C、26.9°C、27.0。C、27.1。C、27.2。C、27.3。C、27.4。C、27.5。C、27.6。C、27.7。C、27.8°C、27.9。C、28.0°C、28.1。C、28.2。C、28.3。C、28.4。C、28.5。C、28.6。C、
28.7°C、28.8°C、28.9。C、29.0。C、29.1。C、29.2。C、29.3。C、29.4。C、29.5。C、29.6°C、29.7。C、29.8°C、29.9。C、30.0。C、31.0。C、31.1。C、3L2。C、31.3。C、31.4°C、31.5。C、31.6。C、31.7。C、31.8。C、31.9° C、32.0。C、32.1。C、32.2。C、
32.3°C、32.4。C、32.5。C、32.6。C、32.7。C、32.8。C、32.9。C、33.0° C、33.1。C、
33.2°C、33.3。C、33.4。C、33.5。C、33.6。C、33.7。C、33.8° C、33.9。C、34.0。C、
34.1°C、34.2。C、34.3。C、34.4。C、34.5。C、34.6。C、34.7。C、34.8。C、34.9。C 或
35.0°Co
[0068]在一個實施例中，通過在室溫下混合帶有PAA的第一 聚合物材料和帶有PEG、PTMEG和PPG中一個或多個的第二聚合物材料來制備凝膠。在一些情形，所述第二聚合物材料不包括聚乙二醇。在另一實施例中，通過在約15° C至35° C、15° C至30° C、20° C
至30°C或22°C至27°C的溫度混合帶有PAA的第一聚合物材料和帶有聚二醇(例如PEG, PTMEG, PPG)的第二聚合物材料來制備凝膠。在又一實施例中，通過混合帶有PAA的第一聚合物材料和帶有PEG、PTMEG和PPG中一個或多個的第二聚合物材料來制備凝膠，混
合溫度在約 15°C、15.1。C、15.2。C、15.3。C、15.4。C、15.5。C、15.6。C、15.7。C、
15.8°C、15.9°C、16.0°C、16.1° C、16.2° C、16.3° C、16.4° C、16.5° C、16.6° C、
16.7°C、16.8°C、16.9°C、17.0° C、17.1° C、17.2° C、17.3° C、17.4° C、17.5° C、
17.6°C、17.7。C、17.8。C、17.9。C、18.0。C、18.1。C、18.2。C、18.3。C、18.4。C、
18.5°C、18.6。C、18.7。C、18.8。C、18.9。C、19.0。C、19.1。C、19.2。C、19.3。C、
19.4°C、19.5。C、19.6。C、19.7。C、19.8。C、19.9。C、20.0。C、20.1。C、20.2。C、
20.3°C、20.4。C、20.5。C、20.6。C、20.7。C、20.8。C、20.9。C、21.0。C、21.1。C、
21.2°C、21.3。C、2L4。C、21.5。C、21.6。C、21.7。C、21.8° C、21.9。C、22.0。C、
22.1°C、22.2。C、22.3。C、22.4。C、22.5。C、22.6° C、22.7。C、22.8。C、22.9° C、23.0°C、23.1。C、23.2。C、23.3。C、23.4° C、23.5。C、23.6。C、23.7。C、23.8。C、23.9°C、24.0°C、24.1°C、24.2° C、24.3° C、24.4° C、24.5° C、24.6° C、24.7° C、24.8°C、24.9°C、25.0。C、25.1。C、25.2。 C、25.3。C、25.4。C、25.5。C、25.6° C、25.7°C、25.8°C、25.9°C、26.0° C、26.1° C、26.2° C、26.3° C、26.4° C、26.5° C、26.6°C、26.7°C、26.8°C、26.9° C、27.0° C、27.1° C、27.2° C、27.3° C、27.4° C、27.5°C、27.6。C、27.7。C、27.8。C、27.9。C、28.0° C、28.1。C、28.2。C、28.3。C、28.4°C、28.5。C、28.6。C、28.7。C、28.8。C、28.9。C、29.0。C、29.1。C、29.2。C、
29.3°C、29.4。C、29.5。C、29.6。C、29.7。C、29.8。C、29.9。C、30.0。C、31.0。C、31.1°C、3L2。C、31.3。C、3L4。C、31.5。C、31.6° C、31.7。C、31.8。C、31.9° C、32.0°C、32.1。C、32.2。C、32.3。C、32.4° C、32.5。C、32.6。C、32.7。C、32.8。C、32.9°C、33.0。C、33.1。C、33.2。C、33.3。C、33.4。C、33.5。C、33.6。C、33.7。C、33.8°C、33.9。C、34.0。C、34.1。C、34.2。C、34.3。C、34.4。C、34.5。C、34.6。C、34.V C、34.8° C、34.9° C或35.0° C。在又一實施例中，通過在25° C和30° C之間的溫度混合帶有PAA的第一聚合物材料和帶有PEG、PTMEG和PPG中一個或多個的第二聚合物材料來制備凝膠。
[0069]在一個實施例中，通過在室溫混合聚丙烯酸(PAA)和聚四亞甲基醚二醇(PTMEG)來制備類似凝膠的物質(zhì)，聚四亞甲基醚二醇也稱作聚(四亞甲基醚二醇XPTMEG可以用于制備聚氨酯和其他聚合物材料(在此也稱作“聚合物”)，它們已經(jīng)批準用于醫(yī)療和牙科使用。在另一實施例中，通過結(jié)合聚丙烯酸(PAA)粉末和聚二醇的粘性溶液并在室溫連續(xù)攪拌來制備類似凝膠的物質(zhì)。在又一實施例中，PAA和聚二醇可以在約15° C至35° C或20° C至30° C結(jié)合形成凝膠而無須使用催化劑(例如非均相和均相催化劑)。在又一實施例中，無須使用非均相催化劑而形成凝膠。在又一實施例中，無須使用均相催化劑而形成凝膠。
[0070]在一個實施例中，通過混合PAA和聚二醇來制備凝膠，其中兩者的重量比為約
0.1:1、0.2:1、0.3:1、0.4:1、0.5:1、0.6:1、0.7:1、0.8:1、0.9:1、1:1、1.1:1、1.2:1、1.3:1、
1.4: 1、1.5: 1、1.6: 1、1.7: 1、1.8: 1、1.9:1 或 2:1。在另一實施例中，通過混合 PAA 和聚二醇來制備凝膠，其中兩者的重量比為約0.1:1,0.11:1,0.12:1,0.13:1,0.14:1,0.15:1、0.16:1,0.17:1,0.18:1,0.19:1,0.2:1,0.21:1,0.22:1,0.23:1,0.24:1,0.25:1、0.26:1、0.27:1,0.28:1,0.29:1,0.3:1,0.31:1,0.32:1,0.33:1,0.34:1,0.35:1,0.36:1,0.37:1,0.38:1,0.39:1,0.4:1,0.41:1,0.42:1,0.43:1,0.44:1,0.45:1,0.46:1,0.47:1,0.48:1,
0.49:1 或 0.5:1。
[0071]在一個實施例中，通過混合PAA和PTMEG來(在此也稱作“PTMG”)制備凝膠，其中兩者的重量比為約 0.1:1、0.2:1、0.3:1、0.4:1、0.5:1、0.6:1、0.7:1、0.8:1、0.9:1、1:1、
1.1: 1、1.2: 1、1 .3: 1、1.4: 1、1.5: 1、1.6: 1、1.7: 1、1.8: 1、1.9:1 或 2:1。在另一實施例中，通過混合PAA和PTMEG來制備凝膠，其中兩者的重量比為約0.1:1,0.11:1,0.12:1,0.13:1、0.14:1,0.15:1,0.16:1,0.17:1,0.18:1,0.19:1,0.2:1,0.21:1,0.22:1,0.23:1、0.24:1、0.25:1,0.26:1,0.27:1,0.28:1,0.29:1,0.3:1,0.31:1,0.32:1,0.33:1,0.34:1,0.35:1,0.36:1,0.37:1,0.38:1,0.39:1、0.4:1、0.41: 1、0.42:1,0.43:1,0.44:1,0.45:1,0.46:1,0.47:1、0.48:1、0.49:1或0.5:1。在又一實施例中，通過混合PAA和PTMEG (在此也稱作“PTMG”)來制備凝膠，其中兩者的重量比為約1:3 (PAA對PTMG之比)。
[0072]在一個實施例中，在混合PAA和聚二醇后，制成的凝膠的PAA和聚二醇基團之間有交聯(lián)，也就是說，PAA聚合物和聚二醇聚合物之間有交聯(lián)。交聯(lián)的形成依賴于聚丙烯酸的COOH基團和聚二醇的- 0-R-0 -基團之間的氫鍵的形成。在一個實施例中，交聯(lián)的形成依賴于PAA的COOH基團和PTMEG的-0-R-0-基團之間的氫鍵的形成。
[0073]在一個情形，使用PTMEG可以形成高壓縮性和拉伸強度的塊狀材料(例如軟的或硬的塊狀材料)、薄膜和顆粒。在另一實施例中，聚丙烯酸和聚四亞甲基醚二醇形成的混合材料還可以由有機溶劑系統(tǒng)和水性系統(tǒng)之一或二者制備。例如參見實例5和實例6。
[0074]參考圖1，示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的、形成在模具中的三維(“3D”)聚合物凝膠。在另一實施例中，可以通過混合PAA和聚二醇或者通過讓所述混合物在任意形狀和尺寸的模具(或外殼)中凝固來形成凝膠，所述聚二醇例如是PTMEG，所述模具例如是圓形、三角形、正方形、矩形、五邊形、六邊形、七邊形或九邊形。在一些情形，所述混合物允許凝固至少約I秒、至少約2秒、至少約5秒、至少約10秒、至少約20秒、至少約30秒、至少約40秒、至少約50秒、至少約I分鐘、至少約10分鐘、至少約30分鐘、至少約50分鐘、至少約I小時、至少約5小時、至少約24小時、至少約2天、至少約10天、至少約20天、至少約I個月或者更長。
[0075]在一個實施例中，在室溫制備凝膠(例如在約15° C和35° C之間或在約20° C和30° C之間)而無需對凝膠的組分的混合物進行加熱。在另一實施例中，通過在室溫混合PAA和一聚二醇制備凝膠而無需對所述混合物加熱。在又一實施例中，通過在室溫混合PAA和PTMEG來制備凝膠而無需對所述混合物加熱。這樣可以有益地節(jié)約加工成本。
[0076]在一個實施例中,在大氣壓或接近大氣壓下制備凝膠。在另一實施例中,通過在大氣壓或接近大氣壓下混合PAA和一種聚二醇來制備凝膠。在又一實施例中，通過在大氣壓或接近大氣壓下混合PAA和PTMEG來制備凝膠。這可以有益地排除高壓設(shè)備的使用，例如壓力室、壓縮機和泵，從而節(jié)約加工成本。在一個替代實施例中，通過在真空條件下混合PAA和一種聚二醇來制備凝膠。在又一實施例中，通過在真空條件下混合PAA和PTMEG來制備凝膠。
[0077]在一個實施例中，在溫度在約15° C和35° C之間或者在20° C和30° C之間并且在大氣壓或接近大氣壓下，PAA可以是晶體粉末而PTMEG可以是粘性材料，例如軟蠟(其在溫和加熱下會變成自由流動的液體)。
[0078]在一個實施例中，可以通過混合PAA和PTMEG來制備凝膠，它們的重量比為1:3(PAA和PTMEG之比)。在另一實施例中，在PTMEG中加入PAA (例如PAA粉末)同時持續(xù)攪拌混合物。所得的混合物可以用手或者借助電動混合裝置(例如電動攪拌器)攪拌。在又一實施例中，混合可以持續(xù)直至PAA完全混合在所述混合物中且攪拌變得更困難。這是由于PAA和PTMEG的混合物的粘度的增加。在一個實施例中，所述混合物的粘度的增加伴隨著在混合PAA和一種聚二醇(例如PTMEG)后的凝膠化過程。
[0079]在一個實施例中，通過 混合PAA和一種聚二醇并且攪拌所述混合物一時間段來制備凝膠，所述時間段在約5分鐘至40分鐘、在約10分鐘至30分鐘或者在約15分鐘至20分鐘。在另一實施例中，通過混合PAA和PTMEG (在此也稱作“PTMG”)并且攪拌所述混合物一時間段來制備凝膠，所述時間段在約5分鐘至40分鐘、在約10分鐘至30分鐘或者在約15分鐘至20分鐘。
[0080]可以通過在約15° C至30° C下混合第一聚合物材料、第二聚合物材料和第三材料并將所述混合物加熱至一溫度來制備水凝膠，所述溫度在約50° C至100° C、約55° C至70° C或者約58° C至62° C。在一些情形，通過在約15° C至30° C下混合第一聚合物材料、第二聚合物材料和第三材料并將所述混合物加熱至一溫度來制備水凝膠，所述溫度約為 55° C、56。C、57。C、58。C、59。C、60。C、61。C、62。C、63。C、64。C 或者約65° C。所述第一聚合物材料可以包括PAA，所述第二聚合物材料可以包括PTMEG，所述第三材料可以包括丙烯酰胺(AAm)。在一個實施例中，在約15° C至30° C形成混合物引起在所述第一聚合物(例如PAA)和所述第二聚合物(例如PTMEG)之間形成氫鍵。
[0081]在另一實施例中，通過在約15° C至30° C下混合第一聚合物材料、第二聚合物材料和一帶乙烯基的材料并將所述混合物加熱至一溫度來制備水凝膠，所述溫度為約
55。C、56° C、57° C、58° C、59° C、60° C、61。C、62° C、63° C、64° C 或者 65° C。所述第一聚合物材料可以包括PM，所述第二聚合物材料可以包括PTMEG，所述單體可以包括帶有丙烯酰胺(AAm)的材料。在一些實例中，帶乙烯基的材料(在此也稱作“含乙烯基的材料”)為丙烯酸、甲基丙烯酸、乙烯醇、醋酸乙烯酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸乙烯酯、乙烯基苯甲酸、乙烯基苯甲醇、乙烯基硼酸二丁酯、乙烯基甲酰胺、甲基丙烯酸乙烯酯、乙烯基吡啶、1-乙烯基-2-吡咯烷酮、乙烯基磺酸或乙烯基三甲氧基硅烷。在一些實施例中，帶乙烯基的材料可以是含乙烯基的聚合物(在此也稱作“含乙烯基的材料”)。當含乙烯基的單體或聚合物為酸時，凝膠可以包括該酸的鹽類衍生物。例如，當所述單體為丙烯酸時，凝膠可以包括丙烯酸的鈉鹽或鉀鹽或者聚丙烯酸的鈉鹽或鉀鹽。在一些實施例中，所述含乙烯基的材料通過共價鍵連接至聚丙烯酸。
[0082]在一些實例中，通過結(jié)合第一聚合物材料和第二聚合物材料來制備水凝膠，其中所述第一和第二聚合物材料中的一個或多個具有一個或多個親水集團(或子基團)。在一個實施例中，所述第二聚合物材料具有- O- (CH2)n子單元，其中η為大于或等于1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20的數(shù)。在另一實施例中，所述第二聚合物材料具有-O- (CH2CH2)111 子單元，其中 m 為大于或等于 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、
14、15、16、17、18、19或20的數(shù)(見上面的描述)。所述第一和第二聚合物材料中的一個或多個可以通過氫鍵作用連接，所述氫鍵作用在所述第一和第二聚合物材料之間、在所述第一或第二聚合物材料之間，或者二者兼而有之。在一個實施例中，在所述第一或第三聚合物材料可以通過氫鍵作用連接。在另一實施例中，在所述第一聚合物材料可以通過氫鍵作用連接至另一第一聚合物材料。在另一實施例中，所述第一和第二聚合物材料中的一個或多個可以通過交聯(lián)(或交聯(lián)作用)連接在一起，例如離子鍵或共價鍵。在一個實施例中，所述第一聚合物材料為PAA或PAA的鹽類衍生物，所述第二聚合物材料為一種聚二醇(例如PTMEG或PTMEG的鹽類衍生物)。在又一實施例中，所述第一聚合物材料為PAA或PAA的鹽類衍生物，所述第二聚合物材料為PTMEG或PTMEG的鹽類衍生物。在又一實施例中，所述第一聚合物材料為PAA或PAA的鹽類衍生物，所述第二聚合物材料為PAM或PAM的鹽類衍生物。在又一實施例中，所述第一聚合物材料為一種聚二醇(例如PTMEG或PTMEG的鹽類衍生物)，所述第二聚合物材料為PAM或PAM的鹽類衍生物。在又一實施例中，所述第一聚合物材料為PTMEG或PTMEG的鹽類衍生物，所述第二聚合物材料為PAM或PAM的鹽類衍生物。
[0083]在一些實例中，通過 結(jié)合第一聚合物材料、第二聚合物材料和第三聚合物材料來制備水凝膠，其中所述第一、第二和第三聚合物材料中的一個或多個具有一個或多個親水集團(或子基團)。在一個實施例中，所述第一聚合物材料可以包括PAA。所述第二聚合物材料具有-O- (012)11子單元，其中11為大于或等于1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、
16、17、18、19或20的數(shù)。在一個情形，η為大于或等于3、或者大于或等于4、或者大于或等于5的數(shù)。所述第二聚合物材料具有-O- (CH2CH2)m子單元，其中m為大于或等于1、2、
3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19 或 20 的數(shù)(見上面的描述)。所述第一、第二和第三聚合物材料中的兩個或多個可以通過氫鍵作用連接。在一個實例中，所述第一和第三聚合物材料可以通過氫鍵作用連接。在另一實例中，所述第一和第二聚合物材料可以通過氫鍵作用連接。在又一實例中，所述第二和第三聚合物材料可以通過氫鍵作用連接。在又一實例中，所述第一、第二或第三聚合物材料中可以通過氫鍵作用連接至另一第一、第二或第三聚合物材料。在又一實施例中，所述第一、第二和第三聚合物材料中的一個或多個可以通過交聯(lián)(或交聯(lián)作用)連接在一起，例如離子鍵或共價鍵。在一個實施例中，所述第一聚合物材料為PAA或PAA的鹽類衍生物，所述第二聚合物材料為一種聚二醇(例如PTMEG或PTMEG的鹽類衍生物)，所述第三聚合物材料為PAM或PAM的鹽類衍生物。在另一實施例中，所述第一聚合物材料為PAA或PAA的鹽類衍生物，所述第二聚合物材料為PTMEG或PTMEG的鹽類衍生物，所述第三聚合物材料為PAM或PAM的鹽類衍生物。
[0084]在一些實例中，通過結(jié)合PAA、PTMEG (或PEG)和PAM來制備水凝膠，以形成混合物(或摻合物)。在一個實例中，在制備混合物時、在形成混合物后或者在兩者加熱所述混合物。在另一些情形，所述混合物在約10° C至100° C、15° C至80° C或20° C至50° C制備。
[0085]在一些替代實施例中，可以使用丙烯酸加上環(huán)境友好的聚合物制備非毒性的、生物可降解的水凝膠。這種非毒性的、生物可降解的水凝膠對環(huán)境友好(在此也稱作“環(huán)境友好的水凝膠”)，這是因為它們減小(如果沒有消除的話)有害成分的產(chǎn)生，從而例如減小(如果沒有消除的話)有害成分的進入(或者泄漏到)水源的危險。
[0086]在一個實施例中，可以通過結(jié)合利用在此描述的方法制備的凝膠和一種環(huán)境友好的聚合物來制備水凝膠，所述環(huán)境友好的聚合物例如是一種天然的聚合物，包括可以從天然的物質(zhì)提取的聚合物。天然聚合物可以包括纖維素(例如羧甲基纖維素)、明膠和黏土中的一個或多個。在另一實施例中，可以通過結(jié)合PAA、一種聚二醇(例如PTMEG)和一種或多種替代帶丙烯酰胺的聚合物(例如PAM)的天然聚合物來制備水凝膠。在又一實施例中，可以通過結(jié)合PAA、一種聚二醇(例如PTMEG)、一種帶丙烯酰胺的聚合物(例如PAM)和一種或多種天然聚合物來制備水凝膠，所述天然聚合物例如是纖維素或含纖維素的材料(例如羧甲基纖維素)、黏土和明膠中的一個或多個。在一個實施例中，天然聚合物可以包括纖維素或纖維素衍生物，例如羧甲基纖維素。在另一實施例中，天然聚合物可以包括黏土。在又一實施例中，天然聚合物可以包括明膠。在一些實施例中，天然聚合物可以包括任何在周圍環(huán)境不分解或者設(shè)置為分解成的物質(zhì)不對環(huán)境不友好或者不具有危害性(例如對動物無毒性)的物質(zhì)。在一個實施例中，通過結(jié)合PAA、一種聚二醇(例如PTMEG)和一種或多種環(huán)境友好的聚合物或者所述一種或多種環(huán)境友好的聚合物的子單元(包括單體)來制備水凝膠。
[0087]在一個實施例中，通過結(jié)合PAA、PTMEG和一種纖維素(例如羧甲基纖維素)來制備水凝膠。在另一實施例中，通過結(jié)合PAA、PTMEG和明膠來制備水凝膠。在又一實施例中，通過結(jié)合PAA、PTMEG和黏土來制備水凝膠。在又一實施例中，通過結(jié)合PAA、PTMEG和纖維素(例如羧甲基纖維素)、明膠和黏土中的一個或多個來制備水凝膠。
[0088]在一些實施例中，聚二醇為一種環(huán)境友好的聚二醇，例如PTMEG。所述環(huán)境友好的聚二醇可以和例如PAA結(jié)合以制備環(huán)境友好的水凝膠。
[0089]在一些實施例中，提供的水凝膠包括PAA、一種聚二醇和聚乙烯醇(PVA)。PVA可以用于替代含丙烯酰胺的聚合物(例如PAM)。在一個實施例中，提供的水凝膠包括PAA、一種聚二醇(例如PTMEG)、PVA、黏土和纖維素(例如羧甲基纖維素)。在這些情形，如上所述,PAA可以通過氫鍵連接至所述聚二醇。
[0090]在一些實例中，可以通過結(jié)合PAA、一種聚二醇(例如PTMEG)和丙烯酰胺單體以形成混合物，隨后加熱所述混合物以形成水凝膠。在這一情形，加熱所述混合物引起所述丙烯酰胺單體聚合。在其他實例中，可以通過結(jié)合PAA、一種聚二醇(例如PTMEG)和一種環(huán)境友好的聚合物或聚合物子單元(或單體)以形成混合物，隨后加熱所述混合物以形成水凝膠。在一些情形，加熱所述混合物引起所述天然或環(huán)境友好的聚合物子單元(或單體)聚合。
[0091]凝膠和水凝膠特性
[0092]根據(jù)在此描述的方法制備的凝膠和水凝膠可以具有材料特性，例如玻璃化溫度、粘度、硬度、傳導性、拉伸強度，適于多種使用和應(yīng)用，例如農(nóng)業(yè)應(yīng)用或目的。
[0093]在一個實施例中，帶有PAA和一種聚二醇的凝膠或水凝膠在一定溫度具有類型橡膠的質(zhì)地(軟橡膠或硬橡膠)，所述溫度在約10° C至40° C或15° C至30° C。在另一實施例中，混合PAA和PTMEG生產(chǎn)的凝膠或水凝膠具有不同于所述PAA和PTMEG組分的特性。在一個實例中，參考圖8，如差示掃描量熱譜圖(DSC)所示，由PAA和PTMEG制備的凝膠呈現(xiàn)玻璃化溫度或熔點(Tm)，74° C，這不同于PAA本身的Tm，123° C，或者PTMEG本身的Tm，13° C。在另一實施例中，由PAA和PTMEG制備的凝膠不呈現(xiàn)晶體結(jié)構(gòu)，其可以是無定形的。
[0094]在一個實施例中，由PAA和一種聚二醇制備的凝膠或水凝膠具有一定的壓縮強度，至少約100g/cm2、至少約500g/cm2、至少約I, 000g/cm2、至少約2, 000g/cm2、至少約
3,000g/cm2、至少約 4, 000g/cm2、至少約 5, 000g/cm2、至少約 6, 000g/cm2、至少約 7, OOOg/cm2、至少約 8，000g/cm2、至少約 9，000g/cm2、至少約 10，000g/cm2、至少約 15，000g/cm2、至少約 20，000g/cm2、至少約 40，000g/cm2、至少約 100，000g/cm2 或者至少約 200，000g/cm2。在另一實施例中，由PM和PTMEG制備的凝膠或水凝膠具有一定的壓縮強度，至少約IOOg/cm2、至少約 500g/cm2、至少約 1，000g/cm2、至少約 2，000g/cm2、至少約 3，000g/cm2、至少約
4,000g/cm2、至少約 5, 000g/cm2、至少約 6, 000g/cm2、至少約 7, 000g/cm2、至少約 8, OOOg/cm2、至少約9，000g/cm2或者至少約10，000g/cm2。在又一實施例中，由PAA和一種聚二醇制備的凝膠或水凝膠具有在lOOg/cm2和9，000g/cm2之間的壓縮強度。在又一實施例中，由PAA和PTMEG制備的凝膠或水凝膠具有在lOOg/cm2和9，000g/cm2之間的壓縮強度。
[0095]在一個實施例中，由PAA和一種聚二醇制備的凝膠或水凝膠具有一定的拉伸強度，至少約100g/cm2、至少約500g/cm2、至少約I, 000g/cm2、至少約2, 000g/cm2、至少約
3,000g/cm2、至少約 4, 000g/cm2、至少約 5, 000g/cm2、至少約 6, 000g/cm2、至少約 7, OOOg/cm2、至少約 8，000g/cm2、至少約 9，000g/cm2、至少約 10，000g/cm2、至少約 15，000g/cm2、至少約 20，000g/cm2、至少約 40，000g/cm2、至少約 100，000g/cm2 或者至少約 200，000g/cm2。在另一實施例中，由PM和PTMEG制備的凝膠或水凝膠具有一定的拉伸強度，至少約IOOg/cm2、至少約 500g/cm2、至少約 1，000g/cm2、至少約 2，000g/cm2、至少約 3，000g/cm2、至少約
4,000g/cm2、至少約 5, 000g/cm2、至少約 6, 000g/cm2、至少約 7, 000g/cm2、至少約 8, OOOg/cm2、至少約9，000g/cm2、至少約10，000g/cm2。在又一實施例中，由PAA和一種聚二醇制備的凝膠和水凝膠具有一定的拉伸強度，至少約l，000g/cm2、至少約2，000g/cm2、至少約
3,000g/cm2、至少約 4, 000g/cm2、至少約 5, 000g/cm2、至少約 6, 000g/cm2、至少約 7, 000g/cm2或者至少約8，000g/cm2而不疲勞破裂。拉伸強度可以基于應(yīng)力應(yīng)變測量。在又一實施例中，由PAA和一種聚二醇制備的凝膠或水凝膠具有在約100g/cm2和9，000g/cm2之間的拉伸強度。在又一實施例中，由PAA和PTMEG制備的凝膠或水凝膠具有在約lOOg/cm2和9，OOOg/cm2之間的拉伸強度。
[0096]過了足夠長的時間，可以檢測到聚合物凝膠的增強。這種老化過程會導致壓力下的應(yīng)力應(yīng)變曲線平行于原始的應(yīng)力應(yīng)變曲線，但是稍高(并且隨著時間增加會更高)。
[0097]具有PAA和一種聚二醇的凝膠或水凝膠可以包括在所述PAA和聚二醇之間的氫鍵。在一些情形，具有PAA和一種聚二醇的凝膠或水凝膠可以包括在所述PAA和聚二醇之間的共價鍵。在另一些情形，具有PAA和一種聚二醇的凝膠或水凝膠可以包括在所述PAA和聚二醇之間的離子鍵。具有PAA和一種聚二醇的凝膠或水凝膠可以包括在所述PAA和聚二醇之間的氫鍵、共價鍵和離子鍵中的一個或多個。
[0098]在一個實施例中，具有PAA和PTMEG的凝膠或水凝膠包括在所述PAA和PTMEG之間的氫鍵。在一些情形，具有PAA和PTMEG的凝膠或水凝膠包括在所述PAA和PTMEG之間的共價鍵。在另一些情形，具有PAA和PTMEG的凝膠或水凝膠包括在所述PAA和PTMEG之間的離子鍵。具有PAA和PTMEG的凝膠或水凝膠可以包括在所述PAA和PTMEG之間的氫鍵、共價鍵和離子鍵中的一個或多個。
[0099]在一個實施例中，具有PAA和一種聚二醇的凝膠或水凝膠可以包括在所述PAA和聚二醇之間的氫鍵的三維網(wǎng)絡(luò)。在另一實施例中，具有PAA和PTMEG的凝膠或水凝膠可以包括在所述PAA和PTMEG之間的氫鍵的三維網(wǎng)絡(luò)。
[0100]參考圖2，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例示出了 PAA和PTMEG之間有氫鍵的凝膠的模型。圖中標出了氧原子和氫原子。碳原子位于不平行的線(鍵)的交點。
[0101]在一個實施例中，提供凝膠以和水凝膠一起使用。水凝膠的吸水率(或保水容量)至少約為所述水凝膠的重量的 10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%、150%、200%、250%、300%、350%、400%、450%、500%、550%、600%、650%、700%、750%、800%、850%、900%、950%、1000%或者更多。在一些情形，帶有PAA和PTMEG的水凝膠的吸水率(或保水容量)至少約為所述水凝膠的重量的 10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%、150%、200%、250%、300%、350%、400%、450%、500%、550%、600%、650%、700%、750%、800%、850%、900%、950%、1000% 或者更多。在另一實施例中，包括PAA、PTMEG和聚丙烯酰胺(“PAM”)的水凝膠的吸水率(或保水容量)至少約為所述水凝膠的重量的10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%、150%、200%、250%、300%、350%、 400%、450%、500%、550%、600%、650%、700%、750%、800%、850%、900%、950%、1000% 或者更多。
[0102]在一個實施例中，水凝膠的吸水率(或保水容量)多達所述水凝膠的重量的約10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%、150%、200%、250%、300%、350%、400%、450%、500%、550%、600%、650%、700%、750%、800%、850%、900%、950%、1000% 或者更多。在另一實施例中，包括PAA和PTMEG的水凝膠的吸水率(或保水容量)多達所述水凝膠的重量的約10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%、150%、200%、250%、300%、350%、400%、450%、500%、550%、600%、650%、700%、750%、800%、850%、900%、950%、1000% 或者更多。在又一實施例中，包括PAA、PTMEG和聚丙烯酰胺(“PAM”)的水凝膠的吸水率(或保水容量)多達所述水凝膠的重量的約 10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%、150%、200%、250%、300%、350%、400%、450%、500%、550%、600%、650%、700%、750%、800%、850%、900%、950%、1000% 或者更多。
[0103]在一個實例中，提供凝膠以和水凝膠使用。在一個實施例中，提供的水凝膠的吸水率(或保水容量)多達所述水凝膠的重量的約10倍、20倍、30倍、40倍、50倍、60倍、70倍、80 倍、90 倍、100 倍、200 倍、300 倍、400 倍、500 倍、600 倍、700 倍、800 倍、900 倍、1000 倍、2000 倍、3000 倍、4000 倍、5000 倍、6000 倍、7000 倍、8000 倍、9000 倍、10，000 倍、20，000 倍、40，000倍、80，000倍、100，000倍或者更多。在另一實施例中，包括PAA和PTMEG的水凝膠的吸水率(或保水容量)多達所述水凝膠的重量的約10倍、20倍、30倍、40倍、50倍、60倍、70 倍、80 倍、90 倍、100 倍、200 倍、300 倍、400 倍、500 倍、600 倍、700 倍、800 倍、900 倍、1000倍、2000 倍、3000 倍、4000 倍、5000 倍、6000 倍、7000 倍、8000 倍、9000 倍、10，000 倍、20，000倍、40，000倍、80，000倍、100，000倍或者更多。在又一實施例中，包括PAA、PTMEG和聚丙烯酰胺(“PAM”)的水凝膠的吸水率(或保水容量)多達所述水凝膠的重量的約10倍、20倍、30 倍、40 倍、50 倍、60 倍、70 倍、80 倍、90 倍、100 倍、200 倍、300 倍、400 倍、500 倍、600 倍、700 倍、800 倍、900 倍、1000 倍、2000 倍、3000 倍、4000 倍、5000 倍、6000 倍、7000 倍、8000倍、9000 倍、10，000 倍、20，000 倍、40，000 倍、80，000 倍、100，000 倍或者更多。
[0104]在一個實例中，提供的凝膠以和水凝膠使用。在一個實施例中，提供水凝膠使得所述水凝膠在經(jīng)過一定數(shù)目的吸水脫水循環(huán)后基本保持不變，所述數(shù)目至少為1、2、3、4、5、
6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、
33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、70、80、90、100 或者更大(例如參見實例21)。
[0105]在一個實例中，提供的凝膠以和水凝膠使用。在一個實施例中，提供的水凝膠的吸水率(或保水容量)至少約為所述水凝膠的重量的10倍、20倍、30倍、40倍、50倍、60倍、70倍、80 倍、90 倍、100 倍、200 倍、300 倍、400 倍、500 倍、600 倍、700 倍、800 倍、900 倍、1000倍、2000 倍、3000 倍、4000 倍、5000 倍、6000 倍、7000 倍、8000 倍、9000 倍、10，000 倍、20，000倍、40，000倍、80，000倍、100，000倍或者更多。在另一實施例中，包括PAA和PTMEG的水凝膠的吸水率(或保水容量)至少約為所述水凝膠的重量的10倍、20倍、30倍、40倍、50倍、60倍、70 倍、80 倍、90 倍、100 倍、200 倍、300 倍、400 倍、500 倍、600 倍、700 倍、800 倍、900 倍、1000 倍、2000 倍、3000 倍、4000 倍、5000 倍、6000 倍、7000 倍、8000 倍、9000 倍、10，000 倍、20，000倍、40，000倍、80，000倍、100，000倍或者更多。在又一實施例中，包括PAA、PTMEG和聚丙烯酰胺(“PAM”)的水凝膠的吸水率(或保水容量)多達所述水凝膠的重量的約10倍、20 倍、30 倍、40 倍、50 倍、60 倍、70 倍、80 倍、90 倍、100 倍、200 倍、300 倍、400 倍、500 倍、600 倍、700 倍、800 倍、90 0 倍、1000 倍、2000 倍、3000 倍、4000 倍、5000 倍、6000 倍、7000 倍、8000 倍、9000 倍、10，000 倍、20，000 倍、40，000 倍、80，000 倍、100，000 倍或者更多。
[0106]在此提供的凝膠和水凝膠可以具有各種形狀，例如園形、三角形、正方形、矩形、五邊形、六邊形或八邊形截面。在一些情形，凝膠和水凝膠可以利用模具(或模板)成型為理想形狀。水凝膠的尺寸(例如直徑)至少約100納米(nm)、500nm、I微米(μ m)、100 μ m、500 μ m、1mm、10mm、50mm、lcm、50cm、lm、5m、10m、100m 或更大。
[0107]凝月交和水凝膠的應(yīng)用
[0108]在此提供的凝膠和水凝膠可以有多種用途。在一個實施例中，根據(jù)在此描述的方法制備的凝膠或水凝膠可以用作面部復(fù)原的植入物。凝膠或水凝膠可以成型為盤，以用于這種應(yīng)用。
[0109]在一些情形，根據(jù)在此描述的方法制備的凝膠或水凝膠可以用作人造皮膚。凝膠或水凝膠可以成型為薄片，以用于這種應(yīng)用。這在處理傷口上是有益的。
[0110]在一些情形，根據(jù)在此描述的方法制備的凝膠或水凝膠可以用作細胞培養(yǎng)基質(zhì)。凝膠或水凝膠可以裝入營養(yǎng)物，以促進細胞生長。
[0111]在一些情形，根據(jù)在此描述的方法制備的凝膠或水凝膠可以用作藥物傳遞的支撐。凝膠或水凝膠可以裝入藥物溶液并緩慢釋放所述藥物溶液。[0112]在一些情形，根據(jù)在此描述的方法制備的凝膠或水凝膠可以用作與聚乙烯或聚苯乙烯混合的增容劑，以形成一復(fù)合物，所述復(fù)合物的拉伸和沖擊強度分別大于聚乙烯或聚丙烯本身的拉伸和沖擊強度。
[0113]在一些情形，根據(jù)在此描述的方法制備的凝膠或水凝膠可以用作人造土壤。所述人造土壤可以通過結(jié)合凝膠或水凝膠和營養(yǎng)物(例如肥料)來制備。所述人造土壤還可以包括種子，所述種子在所述人造土壤生長成植物。在一些情形，所述種子可以由水凝膠圍繞。
[0114]在一些情形，根據(jù)在此描述的方法制備的凝膠可以用于制備或者作為水凝膠、儲存或保持氣體的凝膠、或者儲存或保持流體(例如水和油)的凝膠的一個組分。在一些情形，所述水凝膠用于清理溢出的油。
[0115]在一個實施例中，在此提供的凝膠可以設(shè)置用作儲存和保持水的水凝膠。在另一實施例中，在此提供的凝膠可以設(shè)置用作儲存、保持或吸附氣體(例如NOx，SOx, NH3)。在又一實施例中，在此提供的凝膠可以設(shè)置用作儲存、保持或吸附一粘性流體(例如油)。在又一實施例中，在此提供的凝膠可以設(shè)置用作儲存、保持或吸附一流體(例如溶劑)。
[0116]參考圖3，示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的、由PAA和PTMEG制備的凝膠。該凝膠具有如上所述的強度。該凝膠可以有流體特性，這允許該凝膠用于多種應(yīng)用。例如，圖3的凝膠可以用于水凝膠、醫(yī)療裝置(例如植入物)和機械裝置。作為另一例子，該凝膠可以用作兩個或多個目標之間的電或熱絕緣層。
[0117]在一些情形，該凝膠可以設(shè)置為與水凝膠使用。在另一實施例中，該凝膠可以設(shè)置為以醫(yī)療裝置的方式使用。在又一實施例中，該凝膠可以設(shè)置為以肥料或殺蟲劑的方式使用。
[0118]聚合物材料、凝膠和水凝膠，包括凝膠和水凝膠的組分，以及在此描述的方法可以改動或者與其他聚合物材料、凝膠、水凝膠和方法結(jié)合使用，包括使用方法和制造方法，例如Hennink等人的高 級藥物遞送回顧,54 (2002) 13-36 ；Hoffman等人的高級藥物遞送回顧，43 (2002) 3-12 ;授予Protzman等人的美國專利3，137，592、授予Kumar的美國專利3，332，897、授予Wichterle的美國專利3，496，254、授予Weaver等人的美國專利3,981, 100、授予Otani等人的美國專利4，134，871、授予Van Eanam的美國專利4，552,940、授予Saotome的美國專利4，783, 510、授予Kindt-Larsen等人的美國專利5，039, 459、授予Gross等人的美國專利5，079, 354、授予Graham的美國專利5，385，983、授予Fisk的美國專利5，523，372、授予Sassi的美國專利5，883，211、授予Park的美國專利6，271，278、授予Obonai等人的美國專利6，286, 254、授予Porath等人的美國專利6，339, 039、授予Bentley等人的美國專利6，602, 952、授予Wong等人的美國專利6，120, 803、授予Obonai等人的美國專利6，615，539、授予Soerens等人的美國專利6，822，135、授予Doane等人的美國專利7，459，501 和授予 Savich 等人的美國專利 7，591，974 ；Bentley 等人的 PCT/US00/40163,它們在此引作參考。
[0119]例如，在此描述的方法和組合物可以以隱形眼鏡的形式使用，或者與隱形眼鏡一起使用，例如如美國專利3，496，254所描述。在另一實施例中，乙二醇和聚乙二醇可以用作制備凝膠的起始物料。在又一實施例中，乙二醇單甲基丙烯酸甲酯和相應(yīng)的雙甲基丙烯酸甲酯可以以凝膠的實施例使用，以形成各種材料，例如隱形眼鏡。作為另一實例，聚乙二醇交聯(lián)至殼聚糖可以用作在此提供的凝膠和水凝膠。作為又一實例，丙烯酰胺和聚乙二醇的聚合物可以用作在此提供的凝膠和水凝膠。作為又一實例，本發(fā)明的實施例的凝膠可以使用帶有氫鍵的聚丙烯酰胺主鏈，以形成電泳用可逆性示溫水凝膠。作為又一實例，親水性單體，例如羥烷基甲基丙烯酸酯和二羥醇(例如1，4-丁二醇)，可以用于本發(fā)明的實施例的凝膠，以用于各種應(yīng)用，例如隱形眼鏡。作為又一實例，PAA可以和聚乙二醇(“PEG”)在水中在不同程度的中和狀態(tài)、分子量和濃度結(jié)合，以形成各種材料。PAA和PEG的比例可以調(diào)節(jié)，以形成具有理想材料特性的凝膠，例如粘度、強度和傳導性。另外，PAA和PEG的比例可以選擇，以減小(如果沒有消除的話)生成凝膠時副產(chǎn)物的形成。
[0120] 十壤和種子
[0121 ] 在一些實施例中，提供一塊土壤，包括土壤和土壤中的水凝膠。提供的水凝膠可以具有在此描述的組合物。在一個實例中，水凝膠包括帶有聚丙烯酸的第一聚合物材料和帶有一種聚二醇的第二聚合物材料。在一些實施例中，所述聚二醇為環(huán)境友好的聚二醇。在一些情形，所述聚二醇為PTMEG。
[0122]在一些 實施例中，所述第一聚合物材料為基本上均聚物。在一些實施例中，所述第二聚合物材料為基本上均聚物。所述第一聚合物材料可以通過氫鍵連接至所述第二聚合物材料。
[0123]在一些實施例中，提供一種在干旱環(huán)境生長的種子。所述種子提供在一系統(tǒng)中，所述系統(tǒng)包括帶有在此描述的凝膠或水凝膠的種子容器。所述種子放置在所述種子容器中。例如，所述種子容器可以由一第一聚合物材料和一第二聚合物材料形成，所述第一聚合物材料帶有聚丙烯酸，所述第二聚合物材料帶有聚二醇。在一些情形，所述聚二醇為一種環(huán)境友好的聚二醇。在一些情形，所述環(huán)境友好聚二醇為PTMEG。在一些實施例中，所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料通過氫鍵彼此連接。在一些情形，所述第一聚合物材料為基本上均聚物和/或所述第二聚合物材料為基本上均聚物。在一些情形，所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料還和一包括乙烯基的材料結(jié)合。
[0124]在一些實施例中，在包括水凝膠的種子容器內(nèi)的種子生長出一種植物，所述植物與不在種子容器的種子相比包括更高的質(zhì)量的葉子。在一些實例中，在包括水凝膠的種子容器內(nèi)的種子生長出一種植物，所述植物與不在種子容器的種子相比包括更高的質(zhì)量的根。在一些實例中，在包括水凝膠的種子容器內(nèi)生長的種子所生成的植物的根的質(zhì)量為不在包括水凝膠的種子容器內(nèi)生長的種子所生成的植物的根的質(zhì)量至少約二倍、三倍、五倍、六倍、八倍、十倍或更多。在一些情形，在包括水凝膠的種子容器內(nèi)生長的種子所生成的植物的葉子的質(zhì)量為不在包括水凝膠的種子容器內(nèi)生長的種子所生成的植物的葉子的質(zhì)量至少約二倍、三倍、五倍、六倍、八倍、十倍或更多。
[0125]水凝膠可以放置在一塊土壤里。所述塊可以為各種形狀和大小，例如圓形、三角形、正方形或矩形。所述塊的大小至少為0.1ft2 (平方英尺)、lft2、2ft2、3ft2、4ft2、5ft2、25ft2、50ft2、100ft2、5000ft2、l, 000ft2、10，OOOft2 或更多。
[0126]實例I
[0127]通過在無溶劑和室溫下混合11.5g (克)PAA (Mw約400，000g/mol)和37.0gPTMEG (Mw約650g/mol)并攪拌所述固體約小時來制備凝膠。PAA和PTMEG獲自Aldrich化學品公司。凝膠的傅里葉變換紅外(在此也稱作“FTIR”和“IR”)色譜顯示凝膠中存在氫鍵。另外，所述IR色譜由于凝膠的老化性能隨著時間有變化。所述凝膠對有機溶劑(例如丙酮)、強堿(例如NaOH)和強酸(例如H2SO4)的侵蝕(即腐蝕、分解)有抵抗性；在暴露在有機溶劑、強堿和強酸下(在酸和堿中分別的實驗和連續(xù)暴露在酸和堿中的實驗)，所述凝膠保持其特性(例如粘度、強度)。
[0128]圖4示出了由PAA和PTMEG制備的聚丙烯酸(PAA，上)樣品和凝膠(下)的傅里葉變換紅外(FTIR)色譜。圖5示出了 PTMEG樣品(上)和由PAA PTMEG制備的和凝膠(下)的FTIR色譜。所述三維聚合物凝膠的IR特征顯示PAA和PTMEG之間有氫鍵。FTIR色譜中的OH特征在形成凝膠后消弱，顯示有氫鍵作用。圖8顯示PTMEG (圖8a)和PAA-PTMEG三維聚合物凝膠(圖8b)的差示掃描量熱(DSC)曲線。
[0129]實例2
[0130]通過在溫度約25。C下混合15.0g PAA粉末(Mw約400，000g/mol)和15.0gPTMEG (Mw約650g/mol)來制備凝膠。PAA和PTMEG獲自Aldrich化學品公司。混合持續(xù)直至形成均勻的橡膠狀、接近透明的固體。這種凝膠材料的形狀可以通過使用模具或模板選擇為理想形狀(見圖1)。
[0131]實例3
[0132]通過在正常的親水性單體結(jié)合條件(即借助催化劑。交聯(lián)劑和加熱)下結(jié)合PAA和PTMEG聚合物來制備親水性凝膠。
[0133]通過在此描述的條件下制備水凝膠。11.2g聚丙烯酸(]\^約400，000g/mol)、50gPTMEG和200g 土豆淀粉分散在2000ml (毫升)水中。在攪拌下，將167g丙烯酸、IOOg丙烯酰胺、3g N，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺和6g過硫酸鉀加入上述溶液。所述攪拌持續(xù)約20分鐘，加入Iml四甲基乙二胺。隨后將所述反應(yīng)器加熱至60° C直至形成水凝膠。水洗所形成的水凝膠并切成1- 1.5cm3大 的部分。干燥的水凝膠的吸水率約400克水/克水凝膠。
[0134]圖6示出了水凝膠的壓縮實驗，其中y_軸的單元為克(g)。圖7示出了在室溫下包含在水凝膠中的水的蒸發(fā)速率與獨立的(或自由的)水的蒸發(fā)速率的比較。這表征所述水凝膠的保水容量。
[0135]實例4
[0136]5g 聚丙烯酸(Mw 約 400，000g/mol) ,22.3g PTMEG 和 200g 土豆淀粉分散在 2000ml水中。在攪拌下，將200g丙烯酸、80g丙烯酰胺、IgN，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺和6g過硫酸鉀加入上述溶液。所述攪拌持續(xù)約20分鐘，加入Iml四甲基乙二胺。隨后將所述反應(yīng)器加熱至60° C直至形成水凝膠。水洗所形成的水凝膠并切成1- 1.5cm3大的部分。干燥的凝膠的吸水率約400克水/克水凝膠。
[0137]實例5
[0138]通過在水中結(jié)合PAA、PTMEG、丙烯酰胺(AAm)和交聯(lián)劑來制備水凝膠。所述交聯(lián)劑可以是二(乙二醇)二乙烯基醚、二(乙基乙二醇)雙丙烯酸酯和N，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺。所述水凝膠借助以下材料制備:
[0139]NaOH(水性)(7.380g NaOH溶于200ml水)、丙烯酰胺(AAm)和交聯(lián)劑。聚合在60° C進行3-4小時。測試凝膠的強度，見下表:
[0140]
【權(quán)利要求】
1.一種水凝膠，包括: 帶有聚丙烯酸的第一聚合物材料； 帶有除聚乙二醇外的聚二醇的第二聚合物材料；和 一種或多種帶有乙烯基的物品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的水凝膠，其特征在于，所述第一聚合物材料基本上為均聚物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的水凝膠，其特征在于，所述第二聚合物材料基本上為均聚物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的水凝膠，其特征在于，所述第一聚合物材料通過氫鍵連接到所述第二聚合物材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的水凝膠，其特征在于，所述聚二醇為聚四亞甲基醚二醇。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的水凝膠，其特征在于，所述一種或多種帶有乙烯基的物品中的至少一個為丙烯酰胺。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的水凝膠，其特征在于，所述一種或多種帶有乙烯基的物品中的至少一個選擇由丙烯酸、甲基丙烯酸、乙烯醇、醋酸乙烯酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸乙烯酯、乙烯基苯甲酸、乙烯基苯甲醇、乙烯基硼酸二丁酯、乙烯基甲酰胺、甲基丙烯酸乙烯酯、乙烯基吡啶、1-乙烯基-2-吡咯烷酮、乙烯基磺酸和乙烯基三甲氧基硅烷組成的組。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的水凝膠，其特征在于，所述一種或多種帶有乙烯基的物品中的至少一個基本上是聚合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的水凝膠，其特征在于，所述水凝膠還包括一交聯(lián)劑。
10.根據(jù)權(quán)利要求9 的水凝膠，其特征在于，所述交聯(lián)劑選自由為二(乙二醇基)二乙烯基醚、二(乙基乙二醇)二丙烯酸酯或N，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺組成的組。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的水凝膠，其特征在于，所述一種或多種帶有乙烯基的物品中的至少一個通過共價鍵連接到所述第一聚合物材料。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的水凝膠，其特征在于，所述水凝膠在一個吸水-脫水循環(huán)后基本上不變。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的水凝膠，其特征在于，所述水凝膠在兩個吸水-脫水循環(huán)后基本上不變。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的水凝膠，其特征在于，所述水凝膠在50個吸水-脫水循環(huán)后基本上不變。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的水凝膠，其特征在于，所述水凝膠的保水容量至少約為所述水凝膠的重量的10倍。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的水凝膠，其特征在于，所述水凝膠的保水容量至少約為所述水凝膠的重量的50倍。
17.根據(jù)權(quán)利要求1的水凝膠，其特征在于，所述水凝膠的保水容量至少約為所述水凝膠的重量的10%。
18.根據(jù)權(quán)利要求1的水凝膠，其特征在于，所述水凝膠的保水容量至少約為所述水凝膠的重量的20%。
19.根據(jù)權(quán)利要求1的水凝膠，其特征在于，所述水凝膠的保水容量至少約為所述水凝膠的重量的100%。
20.根據(jù)權(quán)利要求1的水凝膠，其特征在于，所述水凝膠的保水容量至少約為所述水凝膠的重量的1000%。
21.根據(jù)權(quán)利要求1的水凝膠，其特征在于，所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料的重量之比約為1:3。
22.根據(jù)權(quán)利要求1的水凝膠，其特征在于，所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料的重量之比約為1:6。
23.根據(jù)權(quán)利要求1的水凝膠，其特征在于，所述聚丙烯酸來自回收利用的聚丙烯酸。
24.根據(jù)權(quán)利要求1的水凝膠，其特征在于，所述水凝膠還包括纖維素、明膠和黏土中的一個或多個。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的水凝膠，其特征在于，所述纖維素包括羧甲基纖維素。
26.根據(jù)權(quán)利要求1的水凝膠，其特征在于，所述水凝膠的拉伸強度為約lOOOg/cm2至約 4000g/cm2。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的水凝膠，其特征在于，所述水凝膠的拉伸強度為約2000g/cm2至約 3000g/cm2。
28.根據(jù)權(quán)利要求1的水凝膠，其特征在于，所述水凝膠的沖擊強度為約lOOOg/cm2至約 4000g/cm2。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的水凝膠，其特征在于，所述水凝膠的沖擊強度為約2000g/cm2至約 3000g/cm2。
30.根據(jù)權(quán)利要求1的水凝膠，其特征在于，所述水凝膠還包括肥料。
31.根據(jù)權(quán)利要求1的水凝膠，其特征在于，所述水凝膠還包括硅土。
32.根據(jù)權(quán)利要求1的水凝膠，其特征在于，所述水凝膠還包括聚乙烯。
33.根據(jù)權(quán)利要求1的水凝膠，其特征在于，所述水凝膠還包括聚苯乙烯。
34.根據(jù)權(quán)利要求1的水凝膠，其特征在于，所述第一聚合物材料的分子量Mw(g/mol)(克 / 摩爾)為約 250，000 至 I, 000，000。
35.根據(jù)權(quán)利要求34的水凝膠，其特征在于，所述第一聚合物材料的分子量Mw(g/mol)(克/摩爾)為約400，000至600，000。
36.根據(jù)權(quán)利要求1的水凝膠，其特征在于，所述第二聚合物材料的分子量Mw(g/mol)(克/摩爾)為約650至2，000。
37.根據(jù)權(quán)利要求36的水凝膠，其特征在于，所述第二聚合物材料的分子量Mw(g/mol)(克/摩爾)為約500至1000。
38.一種制備水凝膠的方法，該方法包括: 在一反應(yīng)容器提供一帶有聚丙烯酸的第一聚合物材料、帶有除聚乙二醇外的聚二醇的第二聚合物材料和一種或多種帶有乙烯基的物品，以形成所述第一聚合物材料、所述第二聚合物材料和所述一種或多種帶有乙烯基的物品的混合物； 混合所述混合物。
39.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其特征在于，所述第一聚合物材料基本上為均聚物。
40.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其特征在于，所述第二聚合物材料基本上為均聚物。
41.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其特征在于，所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料的重量之比為1:3。
42.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其特征在于，所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料的重量之比為1:6。
43.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其特征在于，還包括對所述混合物加熱。
44.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其特征在于，所述第一聚合物材料、所述第二聚合物材料和所述至少一種帶有乙烯基的物品在約15°C至30°C之間混合。
45.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其特征在于，所述至少一種帶有乙烯基的物品選自由丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸、乙烯醇、醋酸乙烯酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸乙烯酯、乙烯基苯甲酸、乙烯基苯甲醇、乙烯基硼酸二丁酯、乙烯基甲酰胺、甲基丙烯酸乙烯酯、乙烯基吡啶、1-乙烯基-2-吡咯烷酮、乙烯基磺酸和乙烯基三甲氧基硅烷組成的組。
46.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其特征在于，所述聚丙烯酸來自回收利用的聚丙烯酸。
47.一種凝膠，包括: 帶有聚丙烯酸的 第一聚合物材料；和 帶有除聚乙二醇外的聚二醇的第二聚合物材料； 其中所述第一聚合物材料通過氫鍵連接到所述第二聚合物材料。
48.根據(jù)權(quán)利要求47的凝膠，其特征在于，所述聚二醇為聚四亞甲基醚二醇。
49.根據(jù)權(quán)利要求47的凝膠，其特征在于，所述第一聚合物材料基本上為均聚物。
50.根據(jù)權(quán)利要求47的凝膠，其特征在于，所述第二聚合物材料基本上為均聚物。
51.根據(jù)權(quán)利要求47的凝膠，其特征在于，所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料的重量之比約為1:3。
52.根據(jù)權(quán)利要求47的凝膠，其特征在于，所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料的重量之比約為1:6。
53.根據(jù)權(quán)利要求47的凝膠，其特征在于，所述第一聚合物材料的分子量Mw(g/mol)為約 250，000 至 I, 000，000。
54.根據(jù)權(quán)利要求53的凝膠，其特征在于，所述第一聚合物材料的分子量Mw(g/mol)為約 400，000 至 600，000。
55.根據(jù)權(quán)利要求47的凝膠，其特征在于，所述第二聚合物材料的分子量Mw(g/mol)為約 650 至 2，000。
56.根據(jù)權(quán)利要求55的凝膠，其特征在于，所述第二聚合物材料的分子量Mw(g/mol)為約 500 至 1000。
57.一種水凝膠，其包括根據(jù)權(quán)利要求47的凝膠。
58.根據(jù)權(quán)利要求57的水凝膠，其特征在于，所述水凝膠的保水容量至少約為所述水凝膠的重量的10倍。
59.根據(jù)權(quán)利要求57的水凝膠，其特征在于，所述水凝膠的保水容量至少約為所述水凝膠的重量的50倍。
60.根據(jù)權(quán)利要求57的水凝膠，其特征在于，所述水凝膠的保水容量至少約為所述水凝膠的重量的10%。
61.根據(jù)權(quán)利要求57的水凝膠，其特征在于，所述水凝膠的保水容量至少約為所述水凝膠的重量的20%。
62.根據(jù)權(quán)利要求57的水凝膠，其特征在于，所述水凝膠的保水容量至少約為所述水凝膠的重量的100%。
63.根據(jù)權(quán)利要求57的水凝膠，其特征在于，所述水凝膠的保水容量至少約為所述水凝膠的重量的1000%。
64.根據(jù)權(quán)利要求57的水凝膠，其特征在于，所述水凝膠在一個吸水-脫水循環(huán)后基本上不變。
65.根據(jù)權(quán)利要求57的水凝膠，其特征在于，所述水凝膠在兩個吸水-脫水循環(huán)后基本上不變。
66.根據(jù)權(quán)利要求57的水凝膠，其特征在于，所述水凝膠在50個吸水-脫水循環(huán)后基本上不變。
67.根據(jù)權(quán)利要求57的水凝膠，其特征在于，所述水凝膠還包括肥料。
68.根據(jù)權(quán)利要求57的水凝膠，其特征在于，所述水凝膠還包括硅土。
69.根據(jù)權(quán)利要求57的水凝膠，其特征在于，所述水凝膠還包括聚乙烯。
70.根據(jù)權(quán)利要求57的水凝膠，其特征在于，所述水凝膠還包括聚苯乙烯。
71.根據(jù)權(quán)利要求57的水凝膠，其特征在于，所述水凝膠還包括纖維素、明膠和/或黏土中的一種或多種。
72.根據(jù)權(quán)利要求71的水凝膠，其特征在于，所述纖維素包括羧甲基纖維素。
73.根據(jù)權(quán)利要求57的水凝膠，其特征在于，所述聚丙烯酸來自回收利用的聚丙烯酸。
74.根據(jù)權(quán)利要求57的水凝膠，其特征在于，所述水凝膠的拉伸強度為約lOOOg/cm2至約 4000g/cm2。
75.根據(jù)權(quán)利要求74的水凝膠，其特征在于，所述水凝膠的拉伸強度為約2000g/cm2至約 3000g/cm2。
76.根據(jù)權(quán)利要求57的水凝膠，其特征在于，所述水凝膠的沖擊強度為約lOOOg/cm2至約 4000g/cm2。
77.根據(jù)權(quán)利要求76的水凝膠，其特征在于，所述水凝膠的沖擊強度為約2000g/cm2至約 3000g/cm2。
78.—種農(nóng)業(yè)耕作方法,該方法包括: 在一塊土壤里提供一水凝膠，所述水凝膠包括一通過氫鍵連接至一第二聚合物材料的一第一聚合物材料； 其中所述第一聚合物材料包括聚丙烯酸，所述第二聚合物材料包括除聚乙二醇外的聚二醇。
79.根據(jù)權(quán)利要求78的方法，其特征在于，所述第二聚合物材料基本上為聚四亞甲基醚二醇。
80.根據(jù)權(quán)利要求78的方法，其特征在于，所述第一聚合物材料基本上為均聚物。
81.根據(jù)權(quán)利要求78的方法，其特征在于，所述第二聚合物材料基本上為均聚物。
82.根據(jù)權(quán)利要求78的方法，其特征在于，所述水凝膠在一個吸水-脫水循環(huán)后基本上不變。
83.根據(jù)權(quán)利要求78的方法，其特征在于，所述水凝膠在兩個吸水-脫水循環(huán)后基本上不變。
84.根據(jù)權(quán)利要求78的方法，其特征在于，所述水凝膠在50個吸水-脫水循環(huán)后基本上不變。
85.根據(jù)權(quán)利要求78的方法，其特征在于，所述水凝膠的保水容量至少約為所述水凝膠的重量的10倍。
86.根據(jù)權(quán)利要求78的方法，其特征在于，所述水凝膠的保水容量至少約為所述水凝膠的重量的50倍。
87.根據(jù)權(quán)利要求78的方法，其特征在于，所述水凝膠的保水容量至少約為所述水凝膠的重量的10%。
88.根據(jù)權(quán)利要求78的方法，其特征在于，所述水凝膠的保水容量至少約為所述水凝膠的重量的20%。
89.根據(jù)權(quán)利要求78的方法，其特征在于，所述水凝膠的保水容量至少約為所述水凝膠的重量的100%。
90.根據(jù)權(quán)利要求78的方法，其特征在于，所述水凝膠的保水容量至少約為所述水凝膠的重量的1000%。
91.根據(jù)權(quán)利要求78的方法，其特征在于，所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料的重量之比約為1:3。
92.根據(jù)權(quán)利要求78的方法，其特征在于，所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料的重量之比約為1:6。
93.根據(jù)權(quán)利要求78的方法，其特征在于，所述水凝膠還包括一交聯(lián)劑。
94.根據(jù)權(quán)利要求78的方法，其特征在于，所述水凝膠的制備無須催化劑。
95.根據(jù)權(quán)利要求78的方法，其特征在于，所述第一聚合物材料的分子量Mw(g/mol)為約 250，000 至 I, 000，000。
96.根據(jù)權(quán)利要求95的方法，其特征在于，所述第一聚合物材料的分子量Mw(g/mol)為約 400，000 至 600，000。
97.根據(jù)權(quán)利要求78的方法，其特征在于，所述第二聚合物材料的分子量Mw(g/mol)為約 500 至 2，000。
98.根據(jù)權(quán)利要求78的方法，其特征在于，所述第二聚合物材料的分子量Mw(g/mol)為約 650 至 I, 000。
99.根據(jù)權(quán)利要求78的方法，其特征在于，所述聚丙烯酸來自回收利用的聚丙烯酸。
100.一種設(shè)置為在干旱環(huán)境中種植種子的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括: 一種子容器，所述種子容器由帶有聚丙烯酸的、以氫鍵連接至一帶有聚二醇的第二聚合物材料的第一聚合物材料制成；和 在所述種子容器內(nèi)的種子。
101.根據(jù)權(quán)利要求100的系統(tǒng)，其特征在于，所述聚二醇為聚四亞甲基醚二醇。
102.根據(jù)權(quán)利要求100的系統(tǒng)，其特征在于，第一聚合物材料基本上為均聚物。
103.根據(jù)權(quán)利要求100的系統(tǒng)，其特征在于，第二聚合物材料基本上為均聚物。
104.根據(jù)權(quán)利要求100的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料的重量之比約為1:3。
105.根據(jù)權(quán)利要求100的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料的重量之比約為1:6。
106.根據(jù)權(quán)利要求100的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一聚合物材料的分子量Mw(g/mol)為約 250，000 至 I, 000，000。
107.根據(jù)權(quán)利要求106的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一聚合物材料的分子量Mw(g/mol)為約 400，000 至 600，000。
108.根據(jù)權(quán)利要求100的系統(tǒng)，其特征在于，所述第二聚合物材料的分子量Mw(g/mol)為約500至2，000。
109.根據(jù)權(quán)利要求108的系統(tǒng)，其特征在于，所述第二聚合物材料的分子量Mw(g/mol)為約650至1,000。
110.一種種植植物的方法，包括一塊土壤內(nèi)提供根據(jù)權(quán)利要求100的系統(tǒng)。
111.根據(jù)權(quán)利要求110的方法，其特征在于，所述系統(tǒng)生長的植物包括一葉部，所述葉部與沒有種子容器的種子生長的葉部相比質(zhì)量至少為二倍。
112.根據(jù)權(quán)利要求110的方法，其特征在于，所述系統(tǒng)生長的植物包括一葉部，所述葉部與沒有種子容器的種子生長的葉部相比質(zhì)量至少為三倍。
113.根據(jù)權(quán)利要求110的方法，其特征在于，所述系統(tǒng)生長的植物包括一葉部，所述葉部與沒有種子容器的種子生長的葉部相比質(zhì)量至少為五倍。
114.根據(jù)權(quán)利要求110的方法，其特征在于，所述系統(tǒng)生長的植物包括一葉部，所述葉部與沒有種子容器的種子生長的葉部相比質(zhì)量至少為十倍。
115.根據(jù)權(quán)利要求110的方法，其特征在于，所述系統(tǒng)生長的植物包括一根部，所述根部與沒有種子容器的種子生長的根部相比質(zhì)量至少為二倍。
116.根據(jù)權(quán)利要求110的方法，其特征在于，所述系統(tǒng)生長的植物包括一根部，所述根部與沒有種子容器的種子生長的根部相比質(zhì)量至少為三倍。
117.根據(jù)權(quán)利要求110的方法，其特征在于，所述系統(tǒng)生長的植物包括一根部，所述根部與沒有種子容器的種子生長的根部相比質(zhì)量至少為五倍。
118.根據(jù)權(quán)利要求110的方法，其特征在于，所述系統(tǒng)生長的植物包括一根部，所述根部與沒有種子容器的種子生長的根部相比質(zhì)量至少為十倍。
119.一塊土壤，該土壤包括: 土壤；和 所述土壤內(nèi)的水凝膠，所述水凝膠由帶有聚丙烯酸的、以氫鍵連接至一帶有聚二醇的第二聚合物材料的第一聚合物材料制成。
120.根據(jù)權(quán)利要求119的土壤，其特征在于，所述聚二醇為聚四亞甲基醚二醇。
121.根據(jù)權(quán)利要求119的土壤，其特征在于，所述第一聚合物材料基本上為均聚物。
122.根據(jù)權(quán)利要求119的土壤，其特征在于，所述第二聚合物材料基本上為均聚物。
123.根據(jù)權(quán)利要求119的土壤，其特征在于，所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料的重量之比約為1:3。
124.根據(jù)權(quán)利要求119的土壤，其特征在于，所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料的重量之比約為1:6。
125.根據(jù)權(quán)利要求119的土壤，其特征在于，所述第一聚合物材料的分子量Mw為約250，000 至約 I, 000，000。
126.根據(jù)權(quán)利要求125的土壤，其特征在于，所述第一聚合物材料的分子量Mw為約.400，000 至約 600，000。
127.根據(jù)權(quán)利要求125的土壤，其特征在于，所述第二聚合物材料的分子量Mw為約500 至約 2，000。
128.根據(jù)權(quán)利要求127的土壤，其特征在于，所述第二聚合物材料的分子量Mw為約650 至約 I, 000。
129.根據(jù)權(quán)利要求119的土壤，其特征在于，所述水凝膠在一個吸水-脫水循環(huán)后基本上不變。
130.根據(jù)權(quán)利要求119的土壤，其特征在于，所述水凝膠在兩個吸水-脫水循環(huán)后基本上不變。
131.根據(jù)權(quán)利要求119的土壤，其特征在于，所述水凝膠在50個吸水-脫水循環(huán)后基本上不變。
132.根據(jù)權(quán)利要求119的土壤，其特征在于，所述水凝膠的保水容量至少約為所述水凝膠的重量的10倍。
133.根據(jù)權(quán)利要求119的土壤，其特征在于，所述水凝膠的保水容量至少約為所述水凝膠的重量的50倍。
134.根據(jù)權(quán)利要求119的土壤，其特征在于，所述水凝膠的保水容量至少約為所述水凝膠的10%。
135.根據(jù)權(quán)利要求119的土壤，其特征在于，所述水凝膠的保水容量至少約為所述水凝膠的20%。
136.根據(jù)權(quán)利要求119的土壤，其特征在于，所述水凝膠的保水容量至少約為所述水凝膠的100%。
137.根據(jù)權(quán)利要求119的土壤，其特征在于，所述水凝膠的保水容量至少約為所述水凝膠的1000%。
138.根據(jù)權(quán)利要求119的土壤，其特征在于，所述水凝膠還包括帶乙烯基的物品。
139.根據(jù)權(quán)利要求138的土壤，其特征在于，所述帶有乙烯基的物品選自由丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸、乙烯醇、醋酸乙烯酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸乙烯酯、乙烯基苯甲酸、乙烯基苯甲醇、乙烯基硼酸二丁酯、乙烯基甲酰胺、甲基丙烯酸乙烯酯、乙烯基吡啶、1-乙烯基-2-吡咯烷酮、乙烯基磺酸和乙烯基三甲氧基硅烷組成的組。
140.根據(jù)權(quán)利要求138的土壤，其特征在于，所述帶有乙烯基的物品為聚合物。
141.根據(jù)權(quán)利要求138的土壤，其特征在于，所述帶有乙烯基的物品通過共價鍵連接至所述第一聚合物材料。
142.根據(jù)權(quán)利要求138的土壤，其特征在于，所述聚丙烯酸來自回收利用的聚丙烯酸。
143.一種凝膠，所述凝膠包括聚丙烯酸和除聚乙二醇外的聚二醇，其中所述聚丙烯酸通過氫鍵連接至所述聚二醇。
144.根據(jù)權(quán)利要求143的凝膠，其特征在于，所述所述聚二醇為聚四甲基醚二醇。
145.根據(jù)權(quán)利要求143的凝膠，其特征在于，所述第一聚合物材料基本上為均聚物。
146.根據(jù)權(quán)利要求143的凝膠，其特征在于，所述第二聚合物材料基本上為均聚物。
147.根據(jù)權(quán)利要求143的凝膠，其特征在于，所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料的重量之比約為1:3。
148.根據(jù)權(quán)利要求143的凝膠，其特征在于，所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料的重量之比約為1:6。
149.根據(jù)權(quán)利要求143的凝膠，其特征在于，所述第一聚合物材料的分子量Mw(g/mol)為約 250，000 至 I, 000，000。
150.根據(jù)權(quán)利要求149的凝膠，其特征在于，所述第一聚合物材料的分子量Mw(g/mol)為約 400，000 至 600，000。
151.根據(jù)權(quán)利要求143的凝膠，其特征在于，所述第二聚合物材料的分子量Mw(g/mol)為約650至2，000。
152.根據(jù)權(quán)利要求143的凝膠，其特征在于，所述第二聚合物材料的分子量Mw(g/mol)為約500至1,000。
153.—種水凝膠，其包括根據(jù)權(quán)利要求143的凝膠。
154.一種環(huán)境友好的水凝膠，所述水凝膠包括: 帶有聚丙烯酸第一聚合物材料； 一帶有聚二醇的第二聚合物材料，所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料之間有氫鍵作用；和 一種或多種環(huán)境友好的聚合物。
155.—種制備環(huán)境友好的水凝膠的方法,包括: 在一反應(yīng)容器提供帶有聚丙烯酸的第一聚合物材料、帶有聚二醇的第二聚合物材料和一種或多種環(huán)境友好的聚合物，以形成混合物； 混合所述混合物。
156.—種環(huán)境友好的水凝膠，所述水凝膠包括聚丙烯酸均聚物，所述均聚物氫鍵連接至另一帶有環(huán)境友好的聚二醇的均聚物。
157.—種制備環(huán)境友好的水凝膠的方法,該方法包括: 混合一聚丙烯酸均聚物和另一帶有環(huán)境友好的聚二醇的均聚物； 所述聚丙烯酸均聚物與所述另一均聚物之間形成氫鍵作用。
158.—種環(huán)境友好的水凝膠，所述水凝膠包括帶聚丙烯酸的一第一聚合物材料，所述第一聚合物材料通過氫鍵連接至一帶有環(huán)境友好的聚二醇的第二聚合物材料。
159.提供一種制備環(huán)境友好的水凝膠的方法，該方法包括: 混合帶有聚丙烯酸的第一聚合物材料和一帶有環(huán)境友好的聚二醇的第二聚合物材料，以形成一混合物； 混合后所述聚丙烯酸與所述環(huán)境友好的聚二醇之間形成氫鍵作用。
【文檔編號】C08L33/08GK103429643SQ201180064079
【公開日】2013年12月4日 申請日期:2011年11月8日 優(yōu)先權(quán)日:2010年11月8日
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