[发明专利]一种具有pH敏感性的剪切增稠凝胶的制备方法

说明书

本发明涉及一种具有明显剪切增稠效应，且可通过环境pH值变化实现对这种特性进行控制的水凝胶的制备方法，该水凝胶以聚甲基丙烯酸N,N‑二甲基氨基乙酯交联网络为基体网络，其中分散有具有一定交联的SiO₂接枝PEG微球。该水凝胶具有明显剪切增稠特性，其剪切增稠效果在不同pH环境下显著不同，且凝胶本身也具有明显的pH敏感性和一定的温敏性。

技术领域

本发明属智能水凝胶的制备方法，特别是涉及一种可产生剪切增稠特性，且可通过对凝胶的pH特性调节剪切增稠特性的智能水凝胶。

背景技术

高分子凝胶是指三维网络结构的高分子化合物与溶剂组成的体系，其中的高分子以范德华力，化学键力，物理缠绕力，氢键力等连接。由于它是一种三维网络立体结构，因此它不能被溶剂溶解，同时分散在溶剂中并能保持一定的形状。溶剂虽然不能将三维网状结构的高分子溶解，但高分子化合物中亲溶剂的基团部分却可以被溶剂作用而使高分子溶胀，这也是形成高分子凝胶的原因。

剪切增稠是指当材料所受到的剪切应力（应变）增大时候发生的粘度增大，材料由软变硬的“固化”行为。剪切变稠现象最早发现于粒子悬浮体系中，如泥浆，淀粉分散液等，体系中包括分散介质如粘性液体及分散物如微-纳米颗粒，现在固体复合材料和凝胶材料中均已发现剪切增稠现象。近20年来，剪切增稠现象已被广泛关注，已有多种分散粒子及其分散介质搭配组成了具有剪切增稠现象的悬浮液，典型的粒子包括无机粒子如SiO₂、CaCO₃、Fe₂O₃、玻璃纤维等，有机粒子如淀粉、合成粒子包括聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）微球、聚苯乙烯（PS）微球、聚苯乙烯接枝丙烯酸（PS-g-AA）微球，聚二甲基丙酰胺-丙烯酸（P（DMAA-AA))微球等，分散介质包括水、聚乙二醇、甘油、不同链长脂肪烃等。当悬浮体系中微粒达到一定体积分数时，随即发生剪切增稠现象。

而目前的剪切增稠凝胶一般为通过剪切增稠特性增稠实现溶胶-凝胶化而制备，这种剪切增稠行为只受悬浮液中微球的体积分数影响，而并无其他控制源。如可将此剪切增稠特性与响应性凝胶结合，实现通过外源响应性对凝胶剪切增稠特性的控制，无疑将具有巨大的应用前景。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种可实现剪切增稠的水凝胶的制备方法，尤其是提供一种可产生剪切增稠特性，且可通过凝胶的pH敏感性调节剪切增稠特性的智能水凝胶的制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种具有pH敏感性的剪切增稠凝胶的制备方法，其制备过程为：

（1）将SiO₂接枝PEG微球分散于水溶液中，于冰水浴中超声震荡20分钟使得接枝纳米SiO₂微球在其中均匀分散，后于微球分散液中缓慢滴入溶有pH敏感单体DMAEMA和交联剂N,N'-亚甲基双丙烯酰胺（BIS）的水溶液，其中DMAEMA的体积浓度介于35%-60%之间，BIS用量为DMAEMA的3%-6%（摩尔比），并持续搅拌，于10分钟内滴完，得到均匀分散液，于分散液中加入少量溶解有引发剂KPS、催化剂TEMED的水溶液，于冰水浴中继续超声震荡20分钟，得到均匀的预聚液A。以上过程均在氮气保护下进行。其中，预聚液A中SiO₂接枝PEG微球与水的体积比介于32-50%之间，pH敏感单体DMAEMA的体积浓度介于15%-25%之间，DMAEMA、KPS、TEMED的质量比为100：1：0.75；

（2）后将预聚液A倒入反应容器密封并放置于冰水浴中反应24小时以形成凝胶。取出凝胶后用去离子水反复浸泡换水去除未反应的单体与溶剂。

（3）将凝胶置入容器内，在室温下放置至凝胶的溶胀度（固体/液体比=1/6.5-8.5），后将容器转移至-20度下，冷冻24小时，后于室温下解冻，反复冷冻-解冻过程5次，得到最终凝胶。