[发明专利]一种纳米纤维素复合温敏型水凝胶及其制备方法

说明书

本发明公开了一种纳米纤维素复合温敏型水凝胶及其制备方法，该制备方法包括如下步骤：将纤维素纳米纤丝胶体、2‑甲基‑2‑丙烯酸‑2‑(2‑甲氧基乙氧基)乙酯、甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯混合均匀，得到混合液体A；将混合液体A进行脱气处理和超声分散处理，得到混合液体B；向混合液体B中通入氮气后，加入引发剂，在水浴中搅拌均匀，得到所述纳米纤维素复合温敏型水凝胶。通过该制备方法制备得到的纳米纤维素复合温敏型水凝胶刚度较大、弹性好、生物相容性好，其凝胶强度和破裂强度均较高，其温敏性能不受纤维素纳米纤丝加入量的影响，该纳米纤维素复合温敏型水凝胶在智能温度传感、药物控释、人造肌肉等领域具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及高分子复合材料领域，具体涉及一种纳米纤维素复合温敏型水凝胶及其制备方法。

背景技术

温敏型水凝胶是一种可以对温度变化作出相应体积响应的智能材料，其分子链上的亲水基与疏水基由于热力学性质差异，在不同温度下呈现不同构象，引起凝胶网络的收缩与舒张。基于体积相转变的特性，温敏型水凝胶实现了对溶剂的吸附与解吸，广泛应用于药物缓释体系、柔性驱动器、组织工程等领域，成为智能材料领域的研究热点。传统水凝胶一般通过化学交联形成，水凝胶网络结构存在交联密度不均匀等缺陷，造成凝胶机械强度低、韧性不佳，致使其难以应用在对材料机械强度要求较高的领域。

纤维素纳米纤丝是由天然植物纤维经强酸、氧化或机械剪切等方法拆解后得到的直径为纳米级、长度为微米级的微纤丝。纤维素纳米纤丝具有较大的长径比和较多表面羟基，在水体系中相互缠结呈现三维网状结构。由纤维素酸解或氧化预处理后制备得到的纤维素纳米纤丝表面被赋予诸如磺酸基(R-SO₃^-)，羧基(-COOH)等基团，使得纤丝表面带有大量同种负电荷，由于负电荷的排斥作用，纤维素纳米纤丝胶体可以在水体系中稳定存在较长时间而不发生团聚。此外，纤维素纳米纤丝具有与纤维素I同样的高达145GPa的刚度，良好的生物相容性和较佳的分散性，使其可作为一种填料，赋予材料优异结构和性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种刚度较大、弹性好、生物相容性好、凝胶强度和破裂强度均较高的纳米纤维素复合温敏型水凝胶及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种纳米纤维素复合温敏型水凝胶的制备方法，包括如下步骤：

(1)将纤维素纳米纤丝胶体、2-甲基-2-丙烯酸-2-(2-甲氧基乙氧基)乙酯、甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯混合均匀，得到混合液体A；

(2)将混合液体A进行脱气处理和超声分散处理，得到混合液体B；

(3)向混合液体B中通入氮气后，加入引发剂，在水浴中搅拌均匀，得到所述纳米纤维素复合温敏型水凝胶。

上述的制备方法，优选的，所述步骤(1)中，所述纤维素纳米纤丝胶体通过如下方法制备得到：将脱除木质素的纤维素加入硫酸溶液中，在水浴中搅拌水解，水解结束后加入超纯水终止反应，得到经硫酸改性处理的纤维素混合溶液；然后将所得纤维素混合溶液进行离心处理，用超纯水洗涤沉淀至上层清液的pH为6～7，得到经硫酸改性处理的纤维素沉淀；将所得纤维素沉淀进行高压均质剪切，即得纤维素纳米纤丝胶体。

上述的制备方法，更优选的，所述硫酸溶液的浓度为40wt％～50wt％；水浴搅拌的搅拌转速为200rpm～300rpm，水解的时间为1.5h～2.5h，水浴温度为40℃～50℃；所述离心处理中离心机的转速为8000rpm～10000rpm，离心处理的时间为5min～10min；所述高压均质剪切的压力为90MPa～120MPa，循环剪切8～12次。

上述的制备方法，优选的，所述纤维素为木纤维素、麦秆纤维素、稻草秸秆纤维素、棉纤维素、竹纤维素或麻纤维素中的任意一种。