CN108299659B - pH/温度双重敏感的水凝胶制备方法 - Google Patents

pH/温度双重敏感的水凝胶制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种水凝胶，尤其涉及到一种pH/温度双重敏感的水凝胶制备方法。所述pH/温度双重敏感的水凝胶制备方法为：自由基聚合反应生成P(MAA)，粉碎待用。将NIPAAM和AM，引发剂，交联剂溶于蒸馏水，取P(MAA)粉末加入以上溶液中。混合均匀并静止低温溶解24h，密闭状态下，通N2，加热共聚合反应，反应结束后取出凝胶，用蒸馏水冲洗。凝胶切为小块，冷冻干燥24h，产品完成。

Description

pH/温度双重敏感的水凝胶制备方法
技术领域
本发明涉及一种水凝胶，尤其涉及到一种pH/温度双重敏感的水凝胶制备方法。
背景技术
环境敏感型水凝胶又称智能性水凝胶是一种主链或支链中含有亲水性基团，并能吸附大量水分的具有三维网状结构的交联聚合物，在外界发生环境变化时（如温度、电场、pH值、光强度离子强度、GSH等物理或化学因素）其凝胶物理形态或化学结构随之发生明显变化。许多科学工作者对智能水凝胶作了大量研究，并在药物载体、医学诊断、组织材料、吸附分离等领域得到一定的应用。pH和温度敏感水凝胶应用最广。
pH敏感水凝胶。水凝胶根据环境介质pH变化溶胀度发生相应的响应。pH敏感水凝胶通常带有酸性基团，如羧酸基，磺酸基等；或者带有碱性基团，如铵基等，当环境pH发生变化时，水凝胶内发生质子的转移，在静电斥力、疏水作用力及氢键等作用力下产生体积相变。α-甲基丙烯酸（MAA）是常用的pH敏感水凝胶单体。
温度/敏感型水凝胶可以根据环境温度变化溶胀率发生相应的响应。这种水凝胶在温度低于相变温度时凝胶处于膨胀状态或透明状态，当温度高于相变温度时水凝胶处于收缩状态或坍塌状态，发生亲水向疏水的转变,这个相变温度称之为最低临界溶解温度（lower critical solution temperature,LUST）。
温敏水凝胶的研究以聚Ｎ－异丙基丙烯酰胺（NIPAAm）的均聚物、共聚物为主，PNIPAAm的LCST约为32℃。在这类凝胶中存在氢键和亲疏水的平衡，凝胶的溶胀度／透光率在LCST附近随着温度的升高而突跃式的减小。要合成稳定，高效的pH/温度双重敏感的水凝胶有几个问题需克服：1）NIPAAm自聚产物在LCST以上呈棉花状，吸水性，强度差；2）NIPAAm的聚合物在LCST附近的温缩性，在实际应用中意义不大；3）将 pH/温度双重敏感特性稳定集合于一种水凝胶之中。
发明内容
为克服现有技术存在的缺点与不足，本发明的目的旨在提供一种pH温度双重敏感的水凝胶，即具有正向温敏性和正向pH敏感性的聚合物。
NIPAAm自聚产物在LCST以上强度差，可以用共聚方法处理，NIPAAm的聚合物的温缩性通过加入具热胀性的单体共聚克服，互穿聚合物网络(IPN) 技术可以组合pH和温度敏感的两类聚合物。
互穿聚合物网络(IPN) 技术是改善水凝胶应用性能的一种方法。在IPN水凝胶中,两种组分网络之间没有化学键合,各聚合物具有相对的独立性,这种既相互独立又相互依赖的特性决定了IPN水凝胶的特殊性质，pH和温度双重敏感的高分子可由此合成。
分步聚合制备IPN水凝胶，即先聚合形成第一网络，在第一网络基础上聚合第二单体，形成第二网络，最后形成互穿网络。只在聚合第二单体时使用交联剂形成的互穿网络称为半互穿网络。
互穿网络法是合成双重乃至多重敏感性水凝胶理想方法之一，本发明采用两步法聚合P（MAA）和P（AM-NIPAAm），合成半互穿网络水凝胶P(MAA)/P(AM-NIPAAm)，得到具有pH值和温度双重敏感性的材料。
P(MAA)/P(AM-NIPAAm)制备方法如下
1.P(MAA)/P(AM-NIPAAm)制备步骤：
1）α-甲基丙烯酸（MAA）溶于水，加入引发剂，恒温水浴锅中边搅拌边升温，控制一定的搅拌速率，通N2保护，自由基聚合反应，所得产品用蒸馏水、无水乙醇轮番洗涤，以除去未反应的单体和杂质，最后用布氏漏斗分离。产物在50℃下烘干，得到交联P(MAA)样品，粉碎待用。
2）将N-异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)和丙烯酰胺（AM），引发剂，交联剂溶于蒸馏水，取P(MAA)粉末加入以上溶液中。混合均匀并静止低温溶解24h，通N2保护，密闭状态下，加热共聚合反应，反应结束后取出凝胶，用蒸馏水冲洗24h。凝胶切为小块，冷冻干燥24h。
2.步骤1）中α-甲基丙烯酸（MAA）、引发剂质量百分比为MAA：5～15%，引发剂0.05～0.2%。
3.引发剂均为为过硫酸钾（K2S2O8）。
4.交联剂为N , N′-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）。
5.聚合反应温度为40℃～50℃。
6.步骤2）中N-异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)、丙烯酰胺（AM）、过硫酸钾（K2S2O8）、N ,N′-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）、P(MAA)质量百分比为；N-异丙基丙烯酰胺：3～8%，丙烯酰胺：6～12%，过硫酸钾：0.05～0.2%，N , N′-亚甲基双丙烯酰胺：0.05～0.2%，P(MAA) ：3～8%。
7.步骤2）中所谓混合溶解低温为5～15℃。
附图说明
图1是P(MAA)/P(AM-NIPAAm)电子显微图
图2是P(MAA)/P(AM-NIPAAm)红外曲线图
图3是P(MAA)/P(AM-NIPAAm)溶胀曲线图
图4是P(MAA)/P(AM-NIPAAm)温敏性变化曲线图
图5是P(MAA)/P(AM-NIPAAm) pH敏感性变化曲线图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
（1）P (MAA)的制备
单体α-甲基丙烯酸（MAA）20ml、引发剂过硫酸钾（K2S2O8）0.2g，加入200ml蒸馏水。在250mL三口烧瓶中，置于50℃的恒温水浴锅中边搅拌边升温，控制一定的搅拌速率（300r/min），通N215min后反应4 h。用蒸馏水、无水乙醇轮番洗涤产品，以除去未反应的单体和杂质，最后用布氏漏斗分离。产物在50℃下烘干，得到交联P(MAA)样品，粉碎待用。
（2）P (MAA)/P（AM-NIPAAm)合成
0.5g N-异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)和1g丙烯酰胺（AM），0.02g过硫酸钾（K2S2O8），0.02g N , N′-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）溶于20蒸馏水，取0.5g P(MAA)加入以上溶液中。混合均匀并静止溶解24h，通N215min后密闭状态下，加热至50℃，反应6h，取出凝胶，用蒸馏水冲洗24h。凝胶切为小块，冷冻干燥24h。

Claims (4)

1.pH/温度双重敏感的水凝胶制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1）α-甲基丙烯酸溶于水，加入引发剂，恒温水浴锅中边搅拌边升温，控制一定的搅拌速率，通N2保护，自由基聚合反应，所得产品用蒸馏水、无水乙醇轮番洗涤，以除去未反应的单体和杂质，最后用布氏漏斗分离，产物在50℃下烘干，得到P(MAA)样品，粉碎待用，其中引发剂为过硫酸钾；
2）将N-异丙基丙烯酰胺和丙烯酰胺，引发剂，交联剂溶于蒸馏水，取P(MAA)粉末加入以上溶液中，混合均匀并静置低温溶解24h，密闭状态下，通N2保护，加热共聚合反应，反应结束后取出凝胶，用蒸馏水冲洗24h，凝胶切为小块，冷冻干燥24h，其中交联剂为N , N′-亚甲基双丙烯酰胺，N-异丙基丙烯酰胺、丙烯酰胺、过硫酸钾、N , N′-亚甲基双丙烯酰胺、P(MAA)质量百分比为N-异丙基丙烯酰胺：3～8%，丙烯酰胺：6～12%，过硫酸钾：0.05～0.2%，N, N′-亚甲基双丙烯酰胺：0.05～0.2%，P(MAA) ：3～8%。
2.根据权利要求1所述的pH/温度双重敏感的水凝胶制备方法，其特征在于：步骤1）中α-甲基丙烯酸、过硫酸钾质量百分比为α-甲基丙烯酸：5～15%，过硫酸钾0.05～0.2%。
3.根据权利要求1所述的pH/温度双重敏感的水凝胶制备方法，其特征在于：聚合反应温度为40℃～50℃。
4.根据权利要求1所述的pH/温度双重敏感的水凝胶制备方法，其特征在于：步骤2）中混合溶解低温为5～15℃。
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