[发明专利]碳纳米管增强温敏性复合水凝胶及辐射制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种辐射制备新型高分子材料——复合水凝胶及制备方法，特别是涉及一种碳纳米管增强温敏性复合水凝胶及辐射制备方法。

背景技术

高分子水凝胶是由亲水性三维网状结构的高聚物和水组成，是一种能显著的溶胀于水但在水中并不能溶解的亲水聚合物凝胶。智能水凝胶是当前最引人关注的一类水凝胶，聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPA)水凝胶是此类凝胶的一个典型代表。PNIPA水凝胶在32℃附近存在低临界相转变温度(LCST)，当环境温度低于LCST时，PNIPA水凝胶吸水溶胀；当环境温度高于LCST时，PNIPA水凝胶会发生从高溶胀到消溶胀状态的转变。基于PNIPA水凝胶这种对温度敏感的性质，它已被应用于药物的控制释放、酶的固定化和循环吸收剂等领域。

但是传统的PNIPA水凝胶存在响应速率慢、机械性能差，尤其表现为强度低、脆性大，因而在应用上受到极大地限制。近年来，出现了三种新型的高强度水凝胶的合成方法：拓扑凝胶、互穿网络凝胶、纳米复合凝胶。与其它两种凝胶的合成方法相比，纳米复合凝胶是通过原位自由基聚合形成的新结构，合成工艺简单，凝胶的机械强度性能大大提高。

发明内容：

本发明目的在于利用碳纳米管超强的力学性能，将碳纳米管引入温敏性水凝胶网络中，制备出一种响应速率快、机械性能好，强度高应用范围广的碳纳米管增强温敏性复合水凝胶；

本发明的另一目的在于提供一种碳纳米管增强温敏性复合水凝胶的辐射制备方法。

本发明的技术方案是以下述方式实现的：

一种碳纳米管增强温敏性复合水凝胶，它由下述重量比的成分组成：0.1～5％的碳纳米管、3～20％单体、交联剂、余量为水，交联剂的重量为单体重量的1～5％、碳纳米管直径为20～30nm。

所说的单体为N-异丙基丙烯酰胺(NIPA)或N-异丙基丙烯酰胺和N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)两种单体。

所说的交联剂为N，N′-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)、N，N′-二烯丙基酒石酸二酰胺或羟甲基丙烯酰胺。

所说的碳纳米管为分别经过⁶⁰Coγ-射线辐射150kGy和80～86℃下混酸氧化2h后的产物，其目的在于提高碳纳米管在单体水溶液聚合反应体系中的稳定性；

混酸为浓硫酸和发烟硝酸，其体积百分比为：浓硫酸∶发烟硝酸＝3∶1。

上述碳纳米管增强温敏性复合水凝胶的辐射制备方法，包括以下步骤：

(1)利用超声波分散，按重量百分比浓度0.1～5％的碳纳米管均匀分散到去离子水中；

(2)在上述溶液中分别加入单体和交联剂，单体的重量百分比浓度按3～20％，交联剂的质量为单体的1～5％；

(3)向步骤(2)所得溶液中通入惰性气体N₂，以除去体系中O₂，密封后，利用功率为400W的超声波分散1h，形成稳定的聚合反应体系；

(4)将步骤(3)所得聚合反应体系置于辐射场中，在室温下，经⁶⁰Coγ-射线或电子束辐射6-22kGy，进行自由基聚合反应；

(5)将步骤(4)所得产物浸泡于去离子水中，未除去反应的单体和交联剂，制得所述的复合水凝胶。

复合水凝胶在25℃的平衡溶胀度(SR)为14.45，最大压缩力为2.98N。

碳纳米管是一种新型碳材料，具有独特的纳米结构和优异的力学、电学及磁学性能，在高分子材料增强、功能材料制备和生物医学等领域显示出诱人的潜在应用价值和前景，吸引了越来越多研究者的关注。

本发明的积极效果是：本发明将碳纳米管引入温敏性水凝胶网络中，既保持了凝胶原有的温度响应性能，又使凝胶的力学性能得到明显提高。另外，本发明的碳纳米管增强温敏性复合水凝胶的制备是通过在常温下采用⁶⁰Coγ-射线或电子束辐射技术实现的，该制备方法不需要添加引发剂，产品中不存在引发剂残留，在一定程度上提高了水凝胶的纯度；同时，该制备工艺技术简单，且易于控制。

具体实施方式

下面结合实施例和对照例对本发明作进一步说明：

实施例1(对照例)