[发明专利]一种刺激响应性多孔水凝胶的制备方法

说明书

本发明公开了一种刺激响应性多孔水凝胶的制备方法，包括将聚合物单体、引发剂、交联剂和水按照预设的质量比在0～4℃下均匀混合，得到前驱液；将得到的前驱液置于‑10～‑40℃中冷冻聚合1～9h，获得冷冻凝胶；将所述冷冻凝胶置于4～20℃下的恒温环境中解冻聚合1～9h，得到刺激响应性多孔水凝胶。本发明提供的方法，采用先冷冻聚合后解冻聚合，冷冻条件为‑10～‑40℃，有利于冰晶的快速形成，从而大幅缩短了聚合时间，降低了制造成本。同时将得到的冷冻凝胶置于4～20℃下解冻聚合1～9h，冷冻凝胶在冰晶融化的同时快速的交联聚合，提高了水凝胶的弹性和抗疲劳性，由于冰晶融化后的多孔效应，提高了水凝胶的热响应特性和溶胀比。

技术领域

本发明属于水凝胶材料制备技术领域，更具体地，涉及一种刺激响应性多孔水凝胶的制备方法。

背景技术

刺激响应性水凝胶可以通过接收外界环境刺激来改变自身状态。外界刺激如pH值、光照强度、温度、湿度、离子强度、电场和磁场等，会引起水凝胶自身分子结构发生改变，使大分子体系的体相或其他物理化学性质发生改变，从而产生对应的响应。由于其独特的刺激响应特性，水凝胶在许多方面表现出巨大潜力，包括智能传感器、智能光开关、药物传输、人工肌肉、组织工程支架和软机器人等方面，多领域的应用使得刺激响应水凝胶备受研究者的关注。其中，聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)作为热刺激响应水凝胶的典型代表，在各个应用领域都进行了不同程度的研究。PNIPAM在水溶液中的下临界溶解温度(LCST)为32℃左右，加热时具有可逆溶解性，它在LCST之上会从亲水性变为疏水性，从而经历线圈到小球的体积变化。然而，PNIPAM水凝胶自身具有响应速度慢、溶胀比小、制备耗时和机械强度差等缺陷，严重限制了其更广泛的应用。因此，简单快速制备高性能多孔的PNIPAM水凝胶十分重要。

目前制备高性能多孔水凝胶的方法包括造孔剂法、半互穿法、纳米填充物及化学接枝，这些方法或多或少能提高水凝胶的部分性能，但是存在需要造孔剂、添加剂/溶剂和制备耗时等问题。冰冻法作为一种简单和有效的制孔方法，无需引入添加剂和有机溶剂，可以有效解决添加剂和造孔剂遗留的潜在毒性问题，但是现有的冰冻法制备时间大多为24小时，制备凝胶性能较差，严重制约了水凝胶的应用。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种刺激响应性多孔水凝胶的制备方法，旨在解决现有水凝胶冰冻制备方法耗时长，热响应速度慢的问题。

为实现上述目的，按照本发明的一方面，提供了一种刺激响应性多孔水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、将聚合物单体、引发剂、交联剂和水按照(500～2000):(2～5):(1～10):5000的质量比在0～4℃下均匀混合，得到前驱液；

步骤2、将得到的前驱液置于-10～-40℃中冷冻聚合1～9h，获得冷冻凝胶；

步骤3、将所述冷冻凝胶置于4～20℃下的恒温环境中解冻聚合1～9h，得到刺激响应性多孔水凝胶。

优选地，聚合物单体至少包括N-异丙基丙烯酰胺和丙烯酰胺中的一种。

优选地，交联剂包括物理交联剂和化学交联剂中的一种；物理交联剂为纳米黏土，化学交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺。

优选地，引发剂包括光引发剂和热引发剂中的一种；光引发剂为Irg.184、引发剂2959或者二苯甲酮中的一种，热引发剂为过硫酸钾或者过硫酸铵。当引发剂为热引发剂时，所述步骤1中还包括催化剂，将聚合物单体、引发剂、交联剂、催化剂和水按照(500～2000):(2～5):(1～10):10：5000的质量比在0～4℃下均匀混合。当引发剂为光引发剂时，对冷冻凝胶使用200～500nm紫外光辐照，紫外光强为5～25mW/cm²。