[发明专利]一种NIPAM基智能复合水凝胶的制备方法

说明书

本发明公开了一种NIPAM基智能复合水凝胶的制备方法，以NIPAM作为聚合单体，BIS作为化学交联剂，过硫酸钾为引发剂，TEMED在20℃时作为催速剂，GO纳米片作为添加剂，ZrO₂作为增强剂，按照一定的比例进行聚合反应得到PNIPAM‑GO‑ZrO₂智能复合水凝胶。该智能复合水凝胶具有较好的拉伸性能，解决了以往水凝胶机械强度较差的问题。该水凝胶具有良好的温敏性能，其体积随着温度的升高不断变小，在30‑35℃时体积发生突变，最后趋于稳定，而且该水凝胶在808nm的激光(500mW)照射下，发生了明显的体积收缩，展示出了较好的近红外响应特性。

技术领域

本发明涉及一种NIPAM基智能复合水凝胶的制备方法，属于高分子材料技术领域。

背景技术

软物质驱动材料是一类可以对外界刺激做出机械运动的材料。智能水凝胶作为软物质驱动材料中的一种，它是由交联的亲水性聚合物链组成的三维网络，可以响应于各种外界刺激，如光、温度、pH、电场或某些化学物质，极大地改变它们的体积或其它性质。由于这种刺激的反应，它们有许多显著的潜在应用，如智能传感器/执行器、开关、药物载体[8]、人工肌肉、组织工程支架和化学/生物分离平台等。

光响应的水凝胶与其他刺激响应水凝胶材料响应过程不同，其他刺激响应水凝胶在溶胀响应过程中凝胶与外界环境之间会发生物理的接触，而光响应水凝胶的调控是通过远程光照射诱导进行的，外界因素和凝胶之间没有直接的物理接触，其调控可以远程实现，这一特点使光响应水凝胶引起了科研人员极大的研究兴趣。光响应性水凝胶中，近红外(NIR)光响应型水凝胶引起了广泛的关注，因为近红外的光刺激可以很容易地对其波长和强度进行远程控制，以及与其他刺激相比，近红外光响应可以作为一种快速、准确的“开/关”触发。此外，近红外光能够穿透人体组织而不会造成伤害。近红外光敏感水凝胶，是近红外光诱导的膨胀/收缩或弯曲/伸直，使红外光信号转换成机械运动，在许多方面具有巨大的应用前景，如智能微阀、智能执行器、细胞支架和控释系统。一般来说，优良的机械性能(如高韧性)在许多实际应用中是不可或缺的，如近红外光控阀、人工肌肉和致动器。因此，近红外光响应智能水凝胶的高性能的发展具有重要意义。

发明内容

针对水凝胶机械性能较差的问题，本发明提出以NIPAM作为聚合单体，GO纳米片作为添加剂，ZrO₂作为增强剂，用化学合成法制备了PNIPAM-GO-ZrO₂智能水凝胶，该方法制备工艺简单，周期短而且成本低。

技术方案如下：

本发明是一种以NIPAM作为聚合单体，BIS作为化学交联剂，过硫酸钾为引发剂，TEMED在20℃时作为催速剂，GO纳米片作为添加剂，ZrO₂作为增强剂，通过化学合成法来获得PNIPAM-GO-ZrO₂智能水凝胶的制备方法，将制备好的GO纳米片及ZrO₂粒子与各种水凝胶体系通过一定的比例混合；之后将混合液在一定条件下进行聚合反应，形成 PNIPAM-GO-ZrO₂智能复合水凝胶。

其工艺过程和步骤如下：

③氧化石墨的制备：首先由质量百分比为2％的鳞片石墨，3％的硝酸钾以及余下的浓硫酸(98％)组成混合溶液，按照浓硫酸、鳞片石墨及硝酸钾顺序依次加入，然后在上述溶液中加入8％的高锰酸钾，并在40℃的温度下保持搅拌3小时。再将去离子水加入溶液中至100ml，并加热至温度65-80℃，以800-1000rpm。转速持续20-90min。将20ml过氧化氢加入到400ml去离子水中搅拌均匀，将上述制备的溶液缓慢倒入过氧化氢溶液中并搅拌均匀。用氢氧化钠调整PH值为5-6，在8000rpm的离心机中离心30分钟，获得液体和固体分离相，再利用乙醇溶液离心8000rpm 25分钟除去残余的杂质。