[发明专利]一种pH敏感水凝胶及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种pH敏感水凝胶及其制备方法，属于高分子材料技术领域。

背景技术

水凝胶（hydrogels）是一种亲水性但不溶于水的高分子聚合物。它们在水中可迅速溶胀至一平衡体积而仍能保持其形状和三维空间网络结构，并在一定的条件下脱水退溶胀，是一类集吸水、保水、缓释于一体并且发展迅速的功能高分子材料。因其独特的吸水、保水及仿生特性，水凝胶被广泛应用于工业、农业、医药和生物工程材料领域。

环境敏感水凝胶为一类能自身感知、处理并可做功而响应外界环境细微变化或刺激的水凝胶。自80年代中期以来，有关研究日趋活跃。所谓外部刺激包括温度、pH、离子强度、电场、外加应力、光（包括可见光和紫外光）和特异化学物质刺激或几种刺激的同时作用。环境敏感水凝胶对外界刺激的响应一般表现为体积的变化。1968年Dusek和Patterson作出理论预测，认为水凝胶可发生不连续的体积相变;1978年Tanaka则在研究聚丙烯酰胺凝胶时观察到这种转变。现在，大量研究已证实这种变化是不连续的和突跃性的。利用这种特性可将其作为传感器、执行元件、开关和记忆材料等，并可望在航空、航天、建筑、医疗保健及仿生工程领域得到应用。其中温敏水凝胶和pH敏感水凝胶在环境响应性高分子材料中独树一帜，占据十分重要的位置。而pH敏感性水凝胶已开始应用于油田领域应用于砾石填充。

具有pH响应性的水凝胶是通过线形聚合物之间交联或互穿网络而形成体型大分子网络结构，网络中含有可离子化的酸性或碱性基团，随着介质pH值、离子强度改变，这些基团会发生电离，导致网络内大分子链段间氢键的解离，产生不连续的溶胀体积变化。这类水凝胶根据敏感性基团的不同可分为阴离子、阳离子和两性离子三种类型。

其中，两性pH敏感性水凝胶同时含有酸碱基团，如苯磺酸钠和甲基丙烯酰胺丙基三甲基氯化胺共聚得到的水凝胶，其pH敏感性来源于高分子网络上的两种基团离子化，羧基在高pH时离子化，胺在低pH时离子化，故两性水凝胶在高低pH处均有较大的溶胀比，而在中间pH处其溶胀比较小，与前面两种不同，它在所有pH范围均存在溶胀，而不需要存在最低pH要求，同时它对离子强度的变化更敏感。在实际应用中当酶被固定于一种pH敏感性的水凝胶上时，酶与底物的反应会使自身环境的pH值发生改变，导致凝胶膨胀和收缩的实际上的“刺激”是底物的浓度。这种类型的凝胶能用作生物传感器或作为一种渗透性开关。本发明开发一种两性pH敏感性水凝胶，相对于CN201310013789.X公开的一种pH和温度双重敏感的离子微水凝胶的制备方法存在的性质较不稳定、敏感度较低的缺点，本发明的水凝胶具有性质更稳定，对pH值变化感知灵敏的优点。

发明内容

本发明的目的是提供一种pH敏感水凝胶，该水凝胶特性质稳定,纯度高，溶胀率大,适合在药物可控缓释和传感器等领域的应用，且操作简单，适于在工业上的大规模生产。

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：

一种pH敏感水凝胶，各组分的重量份为：

聚丙烯酸30~60份、过硫酸铵10~20份、乙烯基吡啶10~20份、丙烯酞胺10~20份；聚丙烯酸30~40份、过硫酸铵10~15份、乙烯基吡啶15~20份、丙烯酞胺15~20份；聚丙烯酸50~60份、过硫酸铵15~20份、乙烯基吡啶15~20份、丙烯酞胺15~20份；聚丙烯酸40~50份、过硫酸铵15~20份、乙烯基吡啶10~15份、丙烯酞胺15~20份；聚丙烯酸45~55份、过硫酸铵15~20份、乙烯基吡啶10~15份、丙烯酞胺10~15份；聚丙烯酸55份、过硫酸铵20份、乙烯基吡啶10份、丙烯酞胺10份；聚丙烯酸45份、过硫酸铵15份、乙烯基吡啶10份、丙烯酞胺10份。

本发明的另一个目的是提供一种pH敏感水凝胶的制备方法，包括如下步骤：

按上述比例称取各物质，将聚丙烯酸加入去离子水中配成质量分数为30~40%的溶液，加入过硫酸铵，常温静置1~3h后，加入乙烯基吡啶，-5~0℃放置30~40min，最后加入丙烯酞胺，在-5~0℃下搅拌1~2h，静置即得pH敏感水凝胶。

本发明相对于现有技术的有益效果是：

本发明提供的pH敏感水凝胶，性质稳定，纯度高，溶胀率大,适合在药物可控缓释和传感器等领域的应用；且操作简单，适于在工业上的大规模生产。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明做进一步详细说明，这些实施例仅用来说明本发明，并不限制本发明的范围。

实施例1

一种pH敏感水凝胶，各组分的重量份为：