[发明专利]一种含金刚烷基的温敏性水凝胶及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种温敏性水凝胶，特别涉及一种含金刚烷基的温敏性水 凝胶及其制备方法与应用。

背景技术

聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)是一种典型的温敏性水凝胶。它在 水溶液中存在一个最低的临界溶液温度或体积相转变温度(LCST)，在这 个LCST附近PNIPAM水凝胶能够感知外界温度微小的变化而突然的发生 吸水或脱水从而使自身的体积发生剧烈的收缩或膨胀。这种体积的变化是 不连续的。利用这种特殊的温度刺激响应特性，PNIPAM水凝胶已在很多 方面得到了广泛的应用，如在化学工业中用作物质的分离与提纯、化学反 应控制；在生物医学上用于药物的控制释放、酶的固定化；在机械工业上 用来制作记忆温敏开关、传感器等。因此PNIPAM水凝胶成为目前的研究 热点。但是，传统方法合成的PNIPAM水凝胶一般存在着机械强度较差、 温度响应速率较慢及LCST不可调等缺点，从而大大限制了其在更多领域 的实际应用。

在不同的应用场所，人们一直希望得到有适当的LCST、溶胀比及一 定机械强度的水凝胶。近年来，研究人员针对提高PNIPAM水凝胶综合性 能的问题，进行了大量的研究工作，得到了一些研究成果：张先正等(张 先正，卓仁禧.快速温度敏感聚(N-异丙基丙烯酰胺-co-丙烯酰胺)水凝胶的 制备及性能研究，高等学校化学学报，2000，21：1309～1311)合成了聚(N- 异丙基丙烯酰胺/丙烯酰胺)水凝胶，与传统的PNIPAM水凝胶相比，其 去溶胀速率要快得多，但这种水凝胶溶胀后的力学强度却剧烈下降；2004 年刘强等人(刘强.疏水改性聚N-异丙基丙烯酰胺水凝胶的制备及性能研 究，四川大学硕士学位论文2004)分别以疏水单体丙烯酸甲酯(MA)、 丙烯酸乙酯(EA)、丙烯酸丁酯(BA)和丙烯酸十二酯(DA)同N-异丙 基丙烯酰胺(NIPAM)共聚采用自由基胶束水溶液聚合方法制备了一系列 疏水改性的PNIPAM水凝胶，研究结果表明，在PNIPAM水凝胶中引入少 量的MA、EA、BA和DA等丙烯酸酯类结构单元可以提高水凝胶的温度 敏感性和力学强度，但其提高的效果随丙烯酸酯中烷基链的增长而减弱， 且不能有效调控凝胶的LCST，对水凝胶综合性能的提高不是很显著；Ma XM等(Xiaomei Ma，Xiaobin Huang，Lu Zhu，Xi’an Zhao and Xiaozhen Tang，Influence of ethyl methacrylate content on the volume-phase transition of temperature-sensitive poly[(N-isopropylacrylamide)-co-(ethyl methacrylate)] microgels，Polym Int 2005，54：83-89)采用甲基丙烯酸乙酯与NIPAM共 聚制备一种新型的微凝胶，试验表明，通过改变甲基丙烯酸乙酯的含量可 以调控微凝胶的体积相转变温度，但调控的效率不高，且所得凝胶的溶胀 比下降。

总之，现有技术在提供即具有快速响应又具有较高机械强度，且LCST 又可调的综合性能好的水凝胶方面还存在很大的不足。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术中不能同时具有快速响应、较好 的机械强度以及体积相转变温度易于调控的温敏性水凝胶的不足之处，提 供一种机械强度和温度响应性能均易于调控、机械强度较高以及快速响应 的含金刚烷基的温敏性水凝胶。

本发明的另一目的在于提供所述温敏性水凝胶的制备方法。

本发明的再一目的在于提供所述温敏性水凝胶的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种含金刚烷基的温敏性水凝 胶，包含单体和交联剂，其中单体由N-异丙基丙烯酰胺与至少一种含金刚 烷基的疏水单体组成；

所述的含金刚烷基的疏水单体具有如下的结构式：

R⁰为氢或甲基；

R¹、R²和R³分别为独立地选自氢或1～3个碳原子的烷基。

所述单体中N-异丙基丙烯酰胺与含金刚烷基的疏水单体的质量比优 选10∶1～100∶1；更优选的质量比为20∶1～100∶1