CN101260169A - 具有快速退溶胀性的纳米复合水凝胶的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有快速退溶胀性的纳米复合水凝胶及其制备方法。制备方法包括如下步骤：(1)将交联剂与水混合，然后加入聚(N－异丙基丙烯酰胺)，搅拌混合；(2)将Ni(OH)2无机纳米线水溶液加入步骤(1)的混合物中，加入引发剂，在惰性气氛中，在紫外光下引发聚合，然后，将获得的产物在酸溶液中浸泡2－12小时，然后洗涤，获得含微孔结构的具有快速退溶胀性的纳米复合水凝胶。本发明的纳米复合水凝胶对温度的响应速率较快，不随着粘土含量的提高而下降，当粘土含量达到凝胶的15wt％时，该凝胶仍具有温度敏感性，在50℃水浴中不断失水，1小时内失掉约30％重量。
Description
技术领域
本发明涉及一种快速退溶胀性纳米复合水凝胶的制备方法。
背景技术
在过去的几十年里，聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAAm)水凝胶作为一种典型的温度敏感性水凝胶，已经吸引了很多研究者的研究兴趣。与传统水凝胶相比，由于其独特的性能，这种温敏性水凝胶已经被应用到很多领域，诸如：蛋白质配体的检测，药物释放控制以及微通道元件等方面。
PNIPAAm/粘土水凝胶拥有独特的无机/有机三维网络结构，其含水量可高达90％。在先前的研究中，采用了一种由焦磷酸钠改性的锂皂石(Lαponite XLS，Clαy-S)作为交联剂，申请人在中国专利，公开号为CN200610002977.8中，公开了一种高粘土含量的PNIPAAm/粘土纳米复合水凝胶。该水凝胶突破传统的水凝胶力学性能差的特性，具有较高的断裂强度和较大的断裂伸长比，并且发现其机械强度随着粘土含量的增加而增大，然而这种高强度的纳米复合水凝胶的对温度的响应速率却相对较慢，并且随着粘土含量的提高而下降。如当粘土含量达到凝胶的15wt％时凝胶的温度敏感性消失。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有快速退溶胀性的纳米复合水凝胶的制备方法，以克服现有技术存在的上述缺陷。
本发明的具有快速退溶胀性的纳米复合水凝胶的制备方法，包括如下步骤：
(1)将交联剂与水混合，然后加入聚(N-异丙基丙烯酰胺)，搅拌混合；
所说的交联剂为经焦磷酸钠改性的锂皂石(Lαponite XLS)，其化学结构通式为：92.32wt％Mg5.34Li0.66Si8O20(OH)4Nα0.66，7.68wt％Nα4P2O7，俗称“粘土”，可采用市售产品；
各个组分的重量百分比为：
NIPAAm 10-20％
交联剂 5-15％
水 70-85％
(2)将Ni(OH)2无机纳米线放到水中超声20～30分钟后，加入步骤(1)的混合物中，加入引发剂，在惰性气氛中，在紫外光下引发聚合，聚合时间为40-60分钟，聚合温度为0-10℃，然后，将获得的产物在酸溶液中浸泡2-12小时，然后洗涤，去除Ni(OH)2无机纳米线，获得含微孔结构的具有快速退溶胀性的纳米复合水凝胶；
所说的Ni(OH)2无机纳米线水溶液的浓度为0.5～2g/L，所说的Ni(OH)2无机纳米线可采用市售产品，如长春应用化学所的产品，无机纳米线的加入重量为聚(N-异丙基丙烯酰胺)重量的0.067-0.6％；
所说的引发剂选自α-酮戊二酸、芳酮类WSP，α-羟烷基苯酮(Darocur2959)中的一种，可采用上海顺强生物科技有限公司的产品，引发剂的重量为聚(N-异丙基丙烯酰胺)重量的1～2％；
所说的酸为盐酸、氢氟酸或硝酸，优选的浓度为0.05～0.2M。
本发明所说的纳米复合水凝胶对温度的响应速率较快，不随着粘土含量的提高而下降，当粘土含量达到凝胶的15wt％时，该凝胶仍具有温度敏感性，在50℃水浴中不断失水，1小时内失掉约30％重量。本发明获得的具有快速退溶胀性的纳米复合水凝胶，大大提高了PNIPAAm/粘土纳米复合水凝胶的快速退溶胀性能，对于今后纳米复合水凝胶的性能控制和应用有重要借鉴意义。
具体实施方式
实施例1
称量3克粘土溶解到28克去离子水溶液，置于150ml烧杯中搅拌2小时，形成溶液，称量3克(N-异丙基丙烯酰胺)，加入烧杯中继续搅拌40分钟。
称量2ml的浓度为1g/L的Ni(OH)2无机纳米线水溶液超声25分钟后加入到上述的水溶液中，搅拌，加入0.01克α-酮戊二酸加入到上述溶液中，鼓入氮气30分钟，去除溶液中残留的氧；
然后将溶液注入厚度为0.2mm的模具中，保持0℃，紫外引发聚合60分钟；
然后将上述的产物在0.1M的HCl溶液中浸泡2小时，反复用蒸馏水浸泡冲洗，去除多余的残留在凝胶内部的Ni(OH)2和HCl，获得的具有快速退溶胀性的纳米复合水凝胶。
T＝50℃的退溶胀速率采用常用的公式：
溶涨倍率(Q)＝Wt/W0
Wt：t时间凝胶重量；W0：刚制备凝胶的重量
结果如下：
在50℃水浴中不断失水，10分钟内失掉约60％重量。
实施例2
称量3克粘土溶解到28克去离子水溶液，置于150ml烧杯中搅拌2小时，形成溶液，将3克(N-异丙基丙烯酰胺)，加入烧杯中继续搅拌。
将2ml的浓度为1g/L的Ni(OH)2无机纳米线水溶液超声25分钟后加入上述的溶液中，搅拌后，将0.01克α-酮戊二酸加入到上述溶液中，鼓入氮气30分钟，去除溶液中残留的氧。然后将溶液注入厚度为0.2mm的模具中，保持10℃，紫外引发聚合40分钟；
将上述产物在0.1M的HCl水溶液中浸泡4小时，反复用蒸馏水浸泡冲洗，去除多余的残留在凝胶内部的Ni(OH)2和HCl，获得的具有微孔的纳米复合水凝胶。
T＝50℃的退溶胀速率采用常用的公式：
溶涨倍率(Q)＝Wt/W0
Wt：t时间凝胶重量；W0：刚制备凝胶的的重量
其结果如下：
在50℃水浴中不断失水，10分钟内失掉约70％重量。
实施例3
将3克粘土溶解到28克去离子水溶液，置于150ml烧杯中搅拌2小时，形成溶液，称量3(N-异丙基丙烯酰胺)，加入烧杯中继续搅拌。
称量2ml的浓度为1g/L的Ni(OH)2无机纳米线水溶液超声25分钟后加入到上述溶液中，搅拌，将0.01克α-羟烷基苯酮(Darocur 2959)加入到上述溶液中，鼓入氮气30分钟，去除溶液中残留的氧，然后将溶液注入厚度为0.2mm的模具中，保持5℃，紫外引发聚合50分钟；
将含有上述产物浸入0.1M的HCl水溶液中浸泡8小时，反复用蒸馏水浸泡冲洗，去除多余的残留在凝胶内部的Ni(OH)2和HCl，获得的具有微孔的纳米复合水凝胶。
T＝50℃的退溶胀速率采用常用的公式：
溶涨倍率(Q)＝Wt/W0
Wt：t时间凝胶重量；W0：刚制备凝胶的的重量
其结果如下：
在50℃水浴中不断失水，10分钟内失掉约90％重量。
实施例4
将3克粘土溶解到28克去离子水溶液，置于150ml烧杯中搅拌2小时，形成溶液，将3克聚(N-异丙基丙烯酰胺)，加入烧杯中继续搅拌；
将2ml的浓度为1g/L的Ni(OH)2无机纳米线水溶液超声25分钟后加入到上述水溶液中，搅拌，将0.005克α-酮戊二酸和0.005克芳酮类WSP加入到上述溶液中，鼓入氮气30分钟，去除溶液中残留的氧，然后将溶液注入厚度为0.2mm的模具中，保持10℃，紫外引发聚合40分钟；
然后将上述产物在0.1M的HCl水溶液中浸泡12小时，反复用蒸馏水浸泡冲洗，去除多余的残留在凝胶内部的Ni(OH)2和HCl，获得的具有微孔的纳米复合水凝胶。
T＝50℃的退溶胀速率采用常用的公式：
溶涨倍率(Q)＝Wt/W0
Wt：t时间凝胶重量；W0：刚制备凝胶的的重量
其结果如下：
在50℃水浴中不断失水，10分钟内失掉约90％重量。
比较例1
称量3克粘土溶解到28克去离子水溶液，置于150ml烧杯中搅拌2小时，待粘土完全溶解在水溶液中，形成溶液，称量3克(N-异丙基丙烯酰胺)，加入烧杯中继续搅拌。同时，称量0.03g α-酮戊二酸溶解在2mL去离子水中，加入到烧杯中，搅拌形成预聚液。
向预聚液中鼓入氮气30分钟，去除溶液中残留的氧。
然后将溶液注入厚度为0.2mm的模具中，保持0℃，紫外引发聚合50分钟，得到纳米复合水凝胶。
获得的纳米复合水凝胶杂T＝50℃的退溶胀速率采用常用的公式：
溶涨倍率(Q)＝Wt/W0
Wt：t时间凝胶重量；W0：刚制备凝胶的的重量
其结果如下：
纳米复合水凝胶在50℃水浴中前45分钟凝胶不断溶胀状态，随后凝胶开始缓慢失水，300分钟内失水不超过10％重量。
Claims (6)
1.具有快速退溶胀性的纳米复合水凝胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将交联剂与水混合，然后加入N-异丙基丙烯酰胺，搅拌混合；
所说的交联剂化学结构通式为：92.32wt％Mg5.34Li0.66Si8O20(OH)4Nα0.66，7.68wt％Nα4P2O7；
(2)将Ni(OH)2无机纳米线放到水中分散，加入步骤(1)的混合物中，加入引发剂，在惰性气氛中，在紫外光下引发聚合，聚合时间为40-60分钟，聚合温度为0-10℃，然后，将获得的产物在酸溶液中浸泡2-12小时，然后洗涤，获得含微孔结构的具有快速退溶胀性的纳米复合水凝胶。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，各个组分的重量百分比为：N-异丙基丙烯酰胺10-20％，交联剂5-15％，水70-85％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所说的Ni(OH)2无机纳米线水溶液的浓度为1g/L，无机纳米线的加入重量为聚(N-异丙基丙烯酰胺)重量的0.067-0.6％。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所说的引发剂选自α-酮戊二酸、芳酮类WSP，α-羟烷基苯酮(Darocur 2959)中的一种，引发剂的重量为N-异丙基丙烯酰胺重量的1-2％。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所说的酸为盐酸、氢氟酸或硝酸，优选的浓度为0.05～0.2M。
6.根据权利要求1～5任一项所述方法制备的具有快速退溶胀性的纳米复合水凝胶。
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Cited By (4)
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|---|---|---|---|---|
| CN101935375A (zh) * | 2010-09-10 | 2011-01-05 | 太原理工大学 | 一种丙烯酰胺和丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵共聚物的制备方法 |
| CN102786642A (zh) * | 2012-08-10 | 2012-11-21 | 南京林业大学 | 一种纳米纤维素/聚乙烯醇凝胶复合材料 |
| GB2514792A (en) * | 2013-06-04 | 2014-12-10 | Ultra Materia Internat | TC-Met-N-BG polymer additive |
| CN109233761A (zh) * | 2018-11-09 | 2019-01-18 | 西南石油大学 | 改性温敏性nipam膨润土及温度响应型钻井液 |
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2008
- 2008-04-17 CN CNA2008100361979A patent/CN101260169A/zh active Pending
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| CN102786642A (zh) * | 2012-08-10 | 2012-11-21 | 南京林业大学 | 一种纳米纤维素/聚乙烯醇凝胶复合材料 |
| CN102786642B (zh) * | 2012-08-10 | 2014-01-01 | 南京林业大学 | 一种纳米纤维素/聚乙烯醇凝胶复合材料 |
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
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