[发明专利]一种以表面活性剂为模板的纳米复合水凝胶及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及表面活性剂和智能高分子材料领域，具体涉及一种以表面活性剂为模板的纳米复合水凝胶及其制备方法。

背景技术

随着科学技术的发展，要求材料本身向着高性能化、多功能化、复合化、智能化、杂化及纳米化等方向发展，以适应复杂环境的变化。智能材料是一种新兴的高科技尖端材料，是指能对环境可感知且可响应并具有功能发现能力的新材料，具有传感、处理和执行功能。水凝胶是目前研究最多的刺激响应型高聚物，是由液体和高分子网络组成的能够自我维持稳定的、以范德华键、氢键和化学键连接而成、具有三维网络结构的一种软湿材料。温度敏感性水凝胶因在组织工程、药物控制释放、传感器和化学分离等领域具有潜在的应用价值，而受研究人员的广泛关注和深入研究。

传统化学交联水凝胶由于交联点之间的不均匀性与固定性，导致所得凝胶存在溶胀度低，力学性能差，透明性低等缺点。有机-无机纳米复合水凝胶因无机相以纳米尺度分散到有机聚合物基质中，可提高传统化学交联水凝胶的力学性能。中国专利CN101215350A和CN 1908035A公开了一种以焦磷酸钠改性的锂皂石为物理交联剂，丙烯酰胺为主单体制备得到高回弹性的纳米复合水凝胶。中国专利CN 101319019A和CN1931901A公开了一种以市售物理交联剂锂蒙土Laponite为交联剂，乙烯基吡咯烷酮或异丙基丙烯酰胺等为功能单体，制备得到具有良好透明性、吸水溶胀性和力学性能的温敏纳米复合水凝胶。中国专利CN 101885801A公开了一种采用波聚合技术制备纳米复合温敏水凝胶的方法，所得凝胶具有强度高、响应灵敏的特点。

以小分子的表面活性剂作为模板可合成得到具有规整结构的材料。Beck等(J.Am.Chem.Soc.，1992，114：10834)利用表面活性剂的作为模板首次合成了内径1.5～10nm的MCM-41介孔分子筛，突破了传统分子筛的孔径范围(＜1.5nm)，微孔制备的介孔分子筛在材料领域有重要意义。在水凝胶中引入表面活性剂同样可以改善凝胶性能。Christopher等(Chem.Mater.2003，15：3376)以非离子表面活性剂鲸蜡醇聚氧乙烯醚(Brij 58)为模板采用光引发聚合使用化学交联剂亚甲基双丙烯酰胺(MBA)制备聚丙烯酰胺(PAAm)水凝胶，所得凝胶具有较高的结构规整性，并且力学性能得到提高。卢翠香等(化学学报.2009，67(3)：238)以Brij58为模板，使用MBA作为交联剂采用光聚合合成了结构规整的PAAm水凝胶，具有均一的小孔结构，内部结构更加规整、有序，保持了传统水凝胶的对pH值变化快速响应的性质。

从上述专利或文献报道来看，研究纳米复合水凝胶的没采用表面活性剂为模板，而采用表面活性剂为模板的又并未引入无机纳米粒子或具有敏感特性。本发明综合考虑了水凝胶的智能性，利用烷基丙烯酰胺类水凝胶在体积相转变温度(VPTT)附近伸展或收缩的构象变化，采用非离子表面活性剂为模版、无机纳米粒子为物理交联剂制备得到具有模板结构的纳米复合水凝胶，改善水凝胶透明度、溶胀度和力学性能等。

发明内容

本发明拟解决的技术问题是：设计一种以表面活性剂为模板的纳米复合水凝胶，使该凝胶具有贯穿孔洞结构、高溶胀度、高透明度、快速温度响应性和优良力学性能。

本发明所制备的一种以表面活性剂为模板的纳米复合水凝胶，由如式M1所示的非离子表面活性剂单体、如式M2所示的无机纳米粒子和如式M3所示的丙烯酰胺类单体溶于去离子水中氮气保护低温聚合而成，所述的M1、M2、M3的质量百分比为M1：1-18％，M2：4-10％，M3：95-72％；

R1-R2-OH    M1

其中，R1为C₁₇H₃₅CO，R2为(CH₂CH₂O)_n，(n为10或20)，或R1为C₁₂H₂₅，R2为(CH₂CH₂O)_n，(n为4或23)，或R1为C₁₆H₃₃，R2为(CH₂CH₂O)_n，(n为2，10或20)，或R1为C₁₈H₃₅，R2为(CH₂CH₂O)_n，(n为2，10或20)；