CN106810642A - 一种新型电场刺激水凝胶材料的制备方法及其使用方法 - Google Patents

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刘向东
蔡东荣
赵忠祥
付飞亚
罗光彦
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    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F220/00—Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical or a salt, anhydride ester, amide, imide or nitrile thereof
    • C08F220/02—Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms; Derivatives thereof
    • C08F220/52—Amides or imides
    • C08F220/54—Amides, e.g. N,N-dimethylacrylamide or N-isopropylacrylamide
    • C08F220/56—Acrylamide; Methacrylamide

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Abstract

本发明涉及一种新型电场刺激水凝胶材料的制备方法及其使用方法。本发明所述的一种电场刺激水凝胶的制备方法包括如下步骤：在油溶性单体和水溶性单体混合溶液中加入离子表面活性剂，通过氧化还原引发剂的引发，进行自由基共聚最终制得上述新型电场刺激水凝胶。该新型水凝胶对电场具有刺激响应性。本发明制备方法简单、环保、经济，在生物医药领域具备较大的应用价值。

Description

一种新型电场刺激水凝胶材料的制备方法及其使用方法
技术领域
本发明涉及一种新型电场刺激水凝胶材料的制备方法及其使用方法，属于高分子化学及材料等领域。
背景技术
近年来，环境刺激水凝胶因为其在生物医学、功能材料等方面具有巨大的前景，越来越受到研究者的重视。
目前环境刺激水凝胶有温敏水凝胶、pH敏水凝胶和电场敏感水凝胶。
Osada于1992年将2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和N,N-亚甲基双丙烯酰胺制备得到的水凝胶放入具有交变电场的十二烷基氯化吡啶溶液中，发现水凝胶像鱼一样游动。这是因为在电场溶液中，十二烷基氯化吡啶中带正电荷的吡啶基紧密地贴在靠近阳极一侧的水凝胶表面，造成水凝胶两侧渗透压不一样，导致水凝胶弯曲，电场改变方向时，水凝胶的另一侧会吸引十二烷基氯化吡啶，造成水凝胶由弯曲状态逐渐平坦，如此往复，水凝胶就像鱼一样在溶液中游动。
2014年，Daniel Morales等用丙烯酰胺、丙烯酸纳离子单体交联聚合，得到共聚体水凝胶，该水凝胶在具有交变电场的氯化钠离子溶液中会朝一个方向移动。2015年，ChaoYang等用2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺非离子单体交联聚合，在光引发剂作用下得到梯度密度水凝胶，该水凝胶在具有交变电场的离子溶液中会朝一个方向移动。原理都是：由于唐南电势平衡导致在水凝胶内外部移动离子浓度不一样。添加了电场后，由于水凝胶的阳离子选择通透性，移动阳离子优先向阴极迁移。造成水凝胶的两侧渗透压不一样，带有阳离子基团的水凝胶逐渐开始向阴极弯曲。
以上所得到的水凝胶都是水溶性离子单体聚合而成，在离子溶液中，这些水凝胶由于这些离子单体中的电荷引发水凝胶表面离子浓度不一样，最终在具有交变电场的离子溶液中发生形变。
发明内容
针对现有技术的水凝胶制备方法的研究现状和单体单一性，本发明的目的是提供一种新型电场刺激水凝胶材料的制备方法及其使用方法，克服了传统的水凝胶单体单一性，制备得到水溶性和油溶性单体并存的一种新型水凝胶，能够在电场中做出刺激响应。具体技术方案如下：
一种新型电场刺激水凝胶材料的制备方法，包括如下步骤：
第一步：将丙烯酰胺水溶液、甲基丙烯酸月桂酯、十二烷基三甲基溴化铵搅拌混合10～15 min；第二步：将过硫酸铵溶液和亚硫酸钠溶液加入第一步所得的混合溶液中搅拌混合10～15 min，并在20～40 ℃条件下反应12～48 h；第三步：将第二步反应产物在去离子水中洗至中性最终制得新型电场刺激响应水凝胶。
进一步的，所述的丙烯酰胺水溶液质量浓度为30～50%；甲基丙烯酸月桂酯的摩尔量为丙烯酰胺的0.05～0.1倍；十二烷基三甲基溴化铵摩尔量为丙烯酰胺的0.15～0.3倍；过硫酸铵溶液和亚硫酸钠溶液的浓度均为5～10 wt%。
一种上述新型电场刺激水凝胶材料的使用方法，使用时的水环境为0.01～0.05mol/L NaCl溶液，电压为10-20 V。
与已有技术相比较，采用本发明技术方案有显著进步，且能取得有益效果 ：
1、克服了传统的水凝胶单体单一性，制备得到水溶性和油溶性单体并存的一种新型水凝胶。
2、所得新型水凝胶在电场溶液中能够发生刺激响应。
具体实施方式
以下结合具体的实例对本发明的技术方案和应用作进一步说明，而不是对本发明进行限制。
实施例1：
同等质量的丙烯酰胺和蒸馏水混合，量取2 ml 30 wt%丙烯酰胺溶液于试管中，加入0.11g甲基丙烯酸月桂酯和0.4g十二烷基三甲基溴化铵，高速搅拌10分钟，然后分别加入70ul过硫酸铵溶液和50ul亚硫酸钠溶液（过硫酸铵溶液和亚硫酸钠溶液疲敝分别是NH4S2O4::H2O=1:1,Na2SO3: H2O=1:1）,最后将所得溶液倒入长方体模具中，室温反应24小时。将所得凝胶在蒸馏水中浸泡一个星期。将浸泡过的水凝胶切割成长20mm、宽5mm、厚2mm的长方体。
将0.01M NaCl溶液倒入一个正方体的塑料容器中，在容器中放入两块石墨板，相隔10cm，在石墨板中间放入一个切割过的水凝胶，水凝胶上端固定。石墨板同上15v电压后，水凝胶发生弯曲移动。
实施例2：
同等质量的丙烯酰胺和蒸馏水混合，量取2 ml 30 wt%丙烯酰胺溶液于试管中，加入0.22g甲基丙烯酸月桂酯和0.8g十二烷基苯磺酸钠，高速搅拌15分钟，然后分别加入70ul过硫酸铵溶液和50ul亚硫酸钠溶液（过硫酸铵溶液和亚硫酸钠溶液疲敝分别是NH4S2O4::H2O=1:1,Na2SO3）,最后将所得溶液倒入长方体模具中，室温反应24小时。将所得凝胶在蒸馏水中浸泡一个星期。将浸泡过的水凝胶切割成长20mm、宽5mm、厚2mm的长方体。
将0.01M NaCl溶液倒入一个正方体的塑料容器中，在容器中放入两块石墨板，相隔10cm，在石墨板中间放入一个切割过的水凝胶，水凝胶上端固定。石墨板同上15v电压后，水凝胶发生弯曲移动。
实施例3：
同等质量的丙烯酰胺和蒸馏水混合，量取2 ml 50 wt%丙烯酰胺溶液于试管中，加入0.18g甲基丙烯酸月桂酯和0.66g十二烷基苯磺酸钠，高速搅拌15分钟，然后分别加入70ul过硫酸铵溶液和50ul亚硫酸钠溶液（过硫酸铵溶液和亚硫酸钠溶液疲敝分别是NH4S2O4::H2O=1:1,Na2SO3）,最后将所得溶液倒入长方体模具中，室温反应24小时。将所得凝胶在蒸馏水中浸泡一个星期。将浸泡过的水凝胶切割成长20mm、宽5mm、厚2mm的长方体。
将0.05M NaCl溶液倒入一个正方体的塑料容器中，在容器中放入两块石墨板，相隔10cm，在石墨板中间放入一个切割过的水凝胶，水凝胶上端固定。石墨板同上10v电压后，水凝胶发生弯曲移动。
实施例4：
同等质量的丙烯酰胺和蒸馏水混合，量取2 ml 50 wt%丙烯酰胺溶液于试管中，加入0.36g甲基丙烯酸月桂酯和1.32g十二烷基苯磺酸钠，高速搅拌15分钟，然后分别加入70ul过硫酸铵溶液和50ul亚硫酸钠溶液（过硫酸铵溶液和亚硫酸钠溶液疲敝分别是NH4S2O4::H2O=1:1,Na2SO3）,最后将所得溶液倒入长方体模具中，室温反应24小时。将所得凝胶在蒸馏水中浸泡一个星期。将浸泡过的水凝胶切割成长20mm、宽5mm、厚2mm的长方体。
将0.05M NaCl溶液倒入一个正方体的塑料容器中，在容器中放入两块石墨板，相隔10cm，在石墨板中间放入一个切割过的水凝胶，水凝胶上端固定。石墨板同上20v电压后，水凝胶发生弯曲移动。

Claims (3)

1.一种新型电场刺激水凝胶材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
第一步：将丙烯酰胺水溶液、甲基丙烯酸月桂酯、十二烷基三甲基溴化铵搅拌混合10～15 min；第二步：将过硫酸铵溶液和亚硫酸钠溶液加入第一步所得的混合溶液中搅拌混合10～15 min，并在20～40 ℃条件下反应12～48 h；第三步：将第二步反应产物在去离子水中洗至中性最终制得新型电场刺激响应水凝胶。
2.根据权利要求1所述的新型电场刺激水凝胶材料的制备方法，其特征在于：所述的丙烯酰胺水溶液质量浓度为30～50%；甲基丙烯酸月桂酯的摩尔量为丙烯酰胺的0.05～0.1倍；十二烷基三甲基溴化铵摩尔量为丙烯酰胺的0.15～0.3倍；过硫酸铵溶液和亚硫酸钠溶液的浓度均为5～10 wt%。
3.一种如权利要求1或2制备的新型电场刺激水凝胶材料的使用方法，其特征在于：使用时的水环境为0.01～0.05 mol/L NaCl溶液，电压为10-20 V。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101058619A (zh) * 2007-03-30 2007-10-24 东华大学 一种在电场中定向移动的智能水凝胶制备方法

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SUZAN ABDURRAHMANOGLU ET AL.: "Dodecyl methacrylate as a crosslinker in the preparation of tough polyacrylamide hydrogels", 《POLYMER》 *
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