[发明专利]N－异丙基丙烯酰胺热敏水凝胶及其微波辐射制备的方法

说明书

技术领域

本发明涉及智能高分子材料的制备方法，尤其涉及一种微波辐射制备N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAAm)热敏水凝胶的方法。

背景技术

温度敏感性聚合物(Temperature-Sensitive Polymer)即热敏性水凝胶是近年来十分引人注目的功能高分子材料。热敏性聚合物在低临界共溶温度(LCST)附近，其物理或(和)化学性质会发生突跃性的变化。目前研究的最多的敏感性水凝胶体系是聚丙烯酸-丙烯酰胺体系和它的共聚物，通过接枝不同的基团，可以使热敏性聚合物对环境中溶剂组成、pH值、电场和光场等产生敏感效应。因此，在化学、物理、生物学及医药等各个领域都具有广泛的应用前景。

在热敏性聚合物的研制技术中，热敏性聚合物的合成和对温度变化的优良敏感性能和响应速度是其中的关键。目前热敏性水凝胶主要是通过化学法本体聚合制得的，其反应温度分布在30～90℃之间。通常情况下，采用的加热手段为常规水浴法，该方法的工艺条件成熟，设备简单，操作方便。但是常规的加热法主要是通过由表及里地热传导和对流的方式使单体聚合，其反应速度慢，制备时间很长，单体的转化率不高，一般在70％左右。长时间的加热过程不仅增加了能耗、提高了成本，更有可能因为原料、溶剂以及热量的泄漏而造成对环境的污染。另外，常规水浴法所制备的水凝胶聚合不均匀，饱和溶胀度不高并有相应的差异，影响应用效果；且其机械强度相当差，不能够充分满足实际的应用。

溶胀和退溶胀速度是衡量热敏水凝胶热敏性质的一个特征性标准。现行的很多聚合方法和手段所合成的热敏水凝胶的溶胀和退溶胀速度都比较低，这是由于水凝胶的低比表面积和交联密度不均一所导致的，如何采用高效、节能的制备热敏性能优异的热敏水凝胶是目前这一领域的重要挑战。

2002年新加坡国立大学学者Zhang和他的研究小组在Langmuir上发表文章(X.Z.Zhang，Langmuir 18(2002)2538-2542)，采用N-异丙基丙烯酰胺为单体， N，N’-甲基双丙烯酰胺(BIS)为交联剂，偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂，四甲乙基二胺(TEMED)为加速剂在水溶液常温下，反应4h后得到了聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAAm)水凝胶。所得的均聚水凝胶在22℃的平衡溶胀率SR仅为20。研究表明：常规方法所制备的水凝胶在干燥状态下和溶胀状态下，其水凝胶的孔隙结构都不发达，从而降低了水凝胶对温度的敏感程度和响应速度。

2002年日本鹿儿岛大学Takeshi Serizawa学者在Macromolecules发表文章(Macromolecules 35(2002)10-12)，作者采用硅粉作为制孔剂制备出孔结构较为发达的PNIPAAm水凝胶，使其溶胀和退溶胀速度得到了一定程度的提高。2006年武汉大学张建涛和他的研究小组在高分子学报上发表文章(张建涛，高分子学报3(2006)418-423)，在聚(N-异丙基丙烯酰胺-co-丙烯酸)共聚水凝胶中添加了不同聚合度的聚乙醇作为制孔剂来改善水凝胶的溶胀率和响应速度，使得水凝胶在低于LCST以下的溶液中的溶胀率得到了大幅度提高，并且获得了更快的溶胀及退溶胀速度。但该方法采用制孔剂来提高水凝胶的孔结构，需要选取合适的制孔材料；另外，制孔剂的分散程度会直接影响到材料最终孔的形成状态。除此之外，由于水凝胶网络中高分子链间的交错缠结作用往往给制孔剂的溶出带来困难，有时候为了使制孔剂能充分从水凝胶网络中溶出，往往需要添加其他试剂，很容易使水凝胶受到污染而降低其原有的敏感性能。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种采用微波辐射制备PNIPAAm热敏水凝胶的方法，以较快的速度制备一种孔结构发达、热敏响应速度快以及饱和溶胀率高的热敏水凝胶。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

微波辐射制备N-异丙基丙烯酰胺热敏水凝胶的方法：将单体N-异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)、交联剂N，N’-亚甲基双丙烯酰胺(BIS-A)和引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)加入到丙酮中，通入氮气排氧；然后将溶液转移到聚四氟乙烯或石英玻璃微型反应器中密封，再放入微波工作站中，在频率为2450MHz，功率为30～600W的微波作用下，反应时间为5～60min，制得N-异丙基丙烯酰胺热敏水凝胶；

所述单体N-异丙基丙烯酰胺与交联剂的质量比为87∶1～10∶1；

所述单体N-异丙基丙烯酰胺与引发剂的质量比为112∶1～683∶1。