[发明专利]聚N-异丙基丙烯酰胺基温敏性超分子水凝胶的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚N-异丙基丙烯酰胺基温敏性超分子水凝胶的制备方法，属于高分子合成技术领域。

背景技术

凝胶是一种可以在溶剂中溶胀并保持大量溶剂而不溶解的物质，广泛应用于医学、生物工程、材料学、食品科学领域中。凝胶按照溶剂分类可以分为有机凝胶和水凝胶，其中以水凝胶最为常见。在水凝胶内部，小分子或聚合物通过分子间相互作用形成三维网络状结构，该结构中的空腔可以保留大量水分。根据水凝胶对外界环境变化的敏感情况，通常分为传统型水凝胶和智能型水凝胶。传统型水凝胶对外界环境变化不敏感；而智能型水凝胶则能够通过自身结构的调整来响应外界温度、pH值、离子、溶剂等的细微变化。

在众多智能型水凝胶中，温敏性水凝胶是应用最广泛和最容易控制设计的。常用的温敏性高分子水凝胶单体包括：N-异丙基丙烯酰胺(NIPAm)、N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)、N，N-二甲基丙烯酰胺(DEA)、乙烯基丙烯酰胺(EAAm)等。其中，聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAm)由于其凝胶转变点约为32℃，接近人体生理温度，在温敏性水凝胶中应用最为普遍。PNIPAm分子内具有疏水性的异丙基和亲水性的酰胺基。在温度低于32℃时，PNIPAm中酰胺基与周围水分子存在着强烈的氢键作用力，使得高分子链与溶剂具有良好的亲和性，此时分子链呈现出伸展状态。当温度高于32℃时，PNIPAm酰胺键与水分子相互作用力减弱，异丙基分子间的疏水作用加强，高分子链通过疏水作用聚集，分子链结构由原来的疏松线团型转变为排列紧密的颗粒状结构。

葫芦[n]脲是由甘脲和甲醛在酸性条件下缩合而成的空腔状大分子化合物的总称。葫芦[n]脲的两端两个大小相等的端口布满亲水性羰基，可以与客体分子形成氢键或进行电荷-偶极相互作用。中间的疏水空腔可以选择性的的与许多有机分子相互作用，并且可以产生某种特定的功能。因此葫芦[n]脲具有很强的客体分子识别能力。在葫芦[n]脲家族中，根据组成的甘脲单元数的不同，形成了不同体积的疏水空腔，其中葫芦[8]脲、葫芦[10]脲可以同时容纳一个以上的客体分子。目前，葫芦[n]脲已经在分子梭、分子开关、信息存储及药物缓释领域有着广泛的应用。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种聚N-异丙基丙烯酰胺基温敏性超分子水凝胶的制备方法。

发明概述

本发明提供了一种聚N-异丙基丙烯酰胺基温敏性超分子水凝胶的制备方法。首先将纳米二氧化硅进行改性，使纳米二氧化硅表面修饰紫精基团；再将温敏性单体N-异丙基丙烯酰胺与丙烯酰萘胺共聚，制得共聚物聚(N-异丙基丙烯酰胺-co-丙烯酰萘胺)。将二者按照一定比例溶解在水中，加入凝胶因子葫芦[8]脲，超声波使其混合均匀后静置可得到透明状水凝胶。当升温至32℃以上时，透明状水凝胶转变为白色不透明状水凝胶，同时该水凝胶的流变性质发生明显变化。

发明详述

本发明含有N-异丙基丙烯酰胺以及丙烯酰胺萘胺，通过自由基聚合的方式将其共聚，得到一种温敏性共聚物。同时制备了含有紫精基团的纳米二氧化硅。通过CB[8](葫芦[8]脲，Cucurbit[8]uril)的包合作用，将共聚物与纳米二氧化硅通过分子间作用力结合成一体，从而形成网络状超分子水凝胶。该水凝胶随着温度的变化其凝胶性能显著变化。

本发明的技术方案如下：

一种聚N-异丙基丙烯酰胺基温敏性超分子水凝胶的制备方法，步骤如下：

(1)将2-萘胺溶解于丙酮中，配成质量比为1:(20～30)的2-萘胺-丙酮溶液，置于冰水浴中，保持温度为0～5℃；将丙烯酰氯按照与2-萘胺质量比为(0.5～0.9):1的比例滴加到2-萘胺-丙酮溶液中，反应2～4小时后，取上层清液，干燥，制得粉末状丙烯酰萘胺；

(2)将N-异丙基丙烯酰胺与步骤(1)制得的丙烯酰萘胺按摩尔比1:(0.05～0.15)混合溶于水中，N-异丙基丙烯酰胺与水的质量比例为100:(6～9)；然后通入氮气除氧，加入过硫酸铵溶液，过硫酸铵的加入量与N-异丙基丙烯酰胺的质量比为(0.5～1.5):100，在65～70℃的条件下反应7～9h，然后加入20～30倍体积的丙酮，取沉淀，经真空干燥，制得聚(N-异丙基丙烯酰胺-co-丙烯酰萘胺)；