CN104888669A - 一种彩色水凝胶及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种彩色水凝胶及其制备方法。该彩色水凝胶主要由表面活性剂和水组成，而不含聚合物成分，并且所述彩色水凝胶包含主要由双分子膜/水层/双分子膜形成的三明治型有序层状结构，其中所述表面活性剂包括非离子型表面活性剂；其制备方法包括：将非离子型表面活性剂在55℃-80℃分散于水中，再静置24h以上，冷却至室温后，获得目标产物。本发明的彩色水凝胶不含聚合物，仅由表面活性剂构成，生物相容性好，且制备工艺简单，颜色可调控，在光学、纳米材料合成、生物领域具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种水凝胶，特别涉及一种不含聚合物的彩色水凝胶及其制备方法。
背景技术
作为一种高吸水高保水材料，水凝胶被广泛应用于多种领域，如：干旱地区的抗旱、在化妆品中的面膜、退热贴、镇痛贴、 农用薄膜、建筑中的结露防止剂、调湿剂、石油化工中的堵水调剂，原油或成品油的脱水，在矿业中的抑尘剂，食品中的保鲜剂、增稠剂，医疗中的药物载体等。传统水凝胶是由水溶性高分子在水中形成固态网状交联结构，从而限制水的流动性得到。一般来说，凝胶的形成伴随着水中纳米或者微米级别的高分子纤维形成“树枝”结构或者纤维之间互相缠绕的现象而形成。
不同于具有三维网络结构的各向同性的传统水凝胶，具有层状结构的各向异性的水凝胶也受到人们的关注。这种二维结构的各向异性的水凝胶可以是彩色的，而且其颜色可以通过调控层间距在可见光范围进行调控，形成不同颜色的水凝胶。龚剑萍等以十二烷基甘油衣康酸脂分子形成的层状双分子膜和水的组装体为框架，通过在水层中引入聚丙烯酰胺网络结构获得了彩色的水凝胶，该水凝胶可以通过调控水层厚度而呈现不同的颜色。但是从本质上来说水凝胶的合成仍然依靠聚合物形成的三维网络结构，到目前为止仍没有报导无聚合物参与的、仅由两亲小分子形成的双分子膜构成的彩色水凝胶。
发明内容
本发明的目的在于提供一种不含聚合物的彩色水凝胶及其制备方法，以克服现有技术的缺点，
为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：
一种彩色水凝胶，其主要由表面活性剂和水组成，而不含聚合物成分，并且所述彩色水凝胶包含主要由双分子膜/水层/双分子膜形成的三明治型有序层状结构；
其中，所述表面活性剂包括非离子型表面活性剂。
进一步的，前述水层厚度可在1-300纳米范围调控。
一种彩色水凝胶的制备方法，包括：将非离子型表面活性剂在55℃-80℃分散于水中，再静置24h以上，冷却至室温后，获得彩色水凝胶。
进一步的，该彩色水凝胶的制备方法还可包括：将非离子型表面活性剂和助表面活性剂分散于水中，再静置、冷却至室温后，获得彩色水凝胶。
进一步的，所述彩色水凝胶包含摩尔比为1000:1 ~ 10:1的非离子型表面活性剂和离子型表面活性剂。
进一步的，所述彩色水凝胶包含1wt% ~ 5wt%非离子型表面活性剂。
进一步的，所述非离子型表面活性剂主要由多元醇、马来酸酐与缩水甘油和/或缩水甘油衍生物聚合而成。
更进一步的，所述非离子型表面活性剂的制备工艺包括：将多元醇与马来酸酐聚合，然后与缩水甘油或缩水甘油衍生物聚合，从而获得所述非离子型表面活性剂。
进一步的，所述多元醇的链节数≥10。
进一步的，所述离子型表面活性剂可选自但不限于十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠或十六烷基三甲基溴化铵。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：该彩色水凝胶不含聚合物，仅由表面活性剂构成，生物相容性好，且制备工艺简单，颜色可调控，在光学、纳米材料合成、生物领域具有良好的应用前景。
附图说明
图1是本发明一较佳实施方案中一种彩色水凝胶的结构示意图；
图2是本发明实施例1中一种彩色水凝胶的光学照片（a）及其透射电镜照片（b）。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将对本发明的技术方案进行进一步详细说明。
本发明的一个方面提供了一种彩色水凝胶，其不含聚合物组分，并具有由双分子膜/水层/双分子膜交错形成的三明治有序层状结构（参阅图1）。
进一步的，所述彩色水凝胶的组成包括：（1）非离子型表面活性剂自组装形成的lamellar双分子膜，（2）水层。
进一步的，所述彩色水凝胶也可包含少量的离子型表面活性剂作为助表面活性剂。
其中，水层厚度可在1-300纳米范围调控。
优选的，在该彩色水凝胶中非离子型表面活性剂和离子型表面活性剂的摩尔比为1000:1 ~ 10:1。
优选的，在该彩色水凝胶中非离子型表面活性剂的含量为1wt% ~ 5wt%。
优选的，前述非离子型表面活性剂可由多元醇和马来酸酐聚合，然后和缩水甘油或缩水甘油衍生物聚合而成。
进一步的，前述多元醇的链节数≥10。
进一步的，前述助表面活性剂包括但不仅限于十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵等离子型表面活性剂。
本发明的另一个方面在于提供一种彩色水凝胶的制备方法，包括：将非离子型表面活性剂，也可辅以少量助表面活性剂分散于水中，再静置并冷却至室温，获得所述彩色水凝胶。
在一典型实施方案中，该制备方法包括：将缩水甘油/多元醇/马来酸酐的酯和助表面活性剂混合，在55℃下分散于水中，静置24h以上，并冷却到室温得到彩色水凝胶。
本发明充分利用了不同类型表面活性剂在水中形成不同形貌胶束的特性，缩水甘油/多元醇/马来酸酐的酯在水中形成平板状胶束，加入的助表面活性剂例如十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵等在水中形成囊泡状胶束。加热时，少量的助表面活性剂在缩水甘油/多元醇/马来酸酐的酯形成的平板状胶束中自由移动，不会改变平板状结构；温度降到室温以下，不同的表面活性剂分子之间产生相分离，助表面活性剂（十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵等）在缩水甘油/多元醇/马来酸酐的酯形成的平板状胶束中的某一区域集中，使这一区域的曲率半径增大，产生弯曲，在体系中引入缺陷结构，限制水层的流动性，产生凝胶相。因为采用本发明的方法制备的水凝胶不含聚合物、生物相容性好；制备工艺简单，成本低，在生物领域具有良好的应用前景。
应当理解，在本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以下结合具体实施例进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明做各种改动或修改，这些等价形式同样落于本发明所附权利要求书所限定的范围。
实施例1 将0.032g十六烷基甘油马来酸酯和用量为十六烷基甘油马来酸酯的摩尔量1/1000的十二烷基硫酸钠在2ml 水中混合均匀，于55℃下成像24小时，降到室温，得到不含聚合物的层状结构的彩色水凝胶，其形态及结构请参阅图2，该彩色水凝胶为绿色，水层厚度为173纳米。
实施例2 将0.048g十六烷基甘油马来酸酯和用量为十六烷基甘油马来酸酯的摩尔量1/10的十二烷基硫酸钠在2ml 水中混合均匀，于55℃下成像24小时，降到室温，得到不含聚合物的层状结构的彩色水凝胶，该彩色水凝胶为紫色，水层厚度为117纳米，其形态、组成与实施例1相似。
实施例3 将0.036g十六烷基甘油马来酸酯和用量为十六烷基甘油马来酸酯的摩尔量1/100的十六烷基三甲基溴化铵在2ml 水中混合均匀，于55℃下成像24小时，降到室温，得到不含聚合物的层状结构的彩色水凝胶，该彩色水凝胶为蓝色，水层厚度为130纳米，其形态、组成与实施例1相似。
实施例4将0.04g十八烷基甘油马来酸酯和用量为十六烷基甘油马来酸酯的摩尔量1/10的十六烷基三甲基溴化铵在2ml 水中混合均匀，于55℃下成像24小时，降到室温，得到不含聚合物的层状结构的彩色水凝胶，该彩色水凝胶为紫色，水层厚度为128纳米，其形态、组成与实施例1相似。
Claims (10)
1.一种彩色水凝胶，其特征在于所述彩色水凝胶主要由表面活性剂和水组成，而不含聚合物成分，并且所述彩色水凝胶包含主要由双分子膜/水层/双分子膜形成的三明治型有序层状结构；
其中，所述表面活性剂包括非离子型表面活性剂。
2.根据权利要求1所述的彩色水凝胶，其特征在于所述表面活性剂包括摩尔比为1000:1 ~ 10:1的非离子型表面活性剂和离子型表面活性剂。
3.根据权利要求1或2所述的彩色水凝胶，其特征在于所述彩色水凝胶包含1wt% ~ 5wt%非离子型表面活性剂。
4.根据权利要求1或2所述的彩色水凝胶，其特征在于所述非离子型表面活性剂主要由多元醇、马来酸酐与缩水甘油和/或缩水甘油衍生物聚合而成。
5.根据权利要求4所述的彩色水凝胶，其特征在于所述多元醇的链节数≥10。
6.根据权利要求2所述的彩色水凝胶，其特征在于所述离子型表面活性剂包括十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠或十六烷基三甲基溴化铵。
7.一种彩色水凝胶的制备方法，其特征在于包括：将非离子型表面活性剂在55℃-80℃分散于水中，再静置24h以上，冷却至室温后，获得彩色水凝胶，所述彩色水凝胶包含1wt% ~ 5wt%非离子型表面活性剂。
8.根据权利要求7所述的彩色水凝胶的制备方法，其特征在于所述彩色水凝胶包含包括摩尔比为1000:1 ~ 10:1的非离子型表面活性剂和离子型表面活性剂。
9.根据权利要求8所述彩色水凝胶的制备方法，其特征在于所述离子型表面活性剂包括十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠或十六烷基三甲基溴化铵。
10.根据权利要求7或8所述的彩色水凝胶的制备方法，其特征在于包括：将多元醇与马来酸酐聚合，然后与缩水甘油或缩水甘油衍生物聚合，从而获得所述非离子型表面活性剂；
其中，所述多元醇的链节数≥10。
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