一种异丙基丙烯酰胺聚合物水凝胶及其合成方法技术

本发明专利技术涉及一种异丙基丙烯酰胺（ＮＩＰＡ）聚合物水凝胶及其合成方法。该水凝胶各组分的重量百分比可为：异丙基丙烯酰胺８－１５％、低临界溶解温度（ＬＣＳＴ）调节剂０－４％、引发还原剂０．０２－０．０５％、交联剂０．１－０．１５％、引发氧化剂０．０３－０．０７％、水为９１．８５－８０．７３％。合成方法包括的步骤有：１．确定该水凝胶组分；２．将异丙基丙烯酰胺单体溶于部分水；３．在已溶解好的溶液中加入交联剂；４．引发氧化剂和引发还原剂各溶于部分水；５．异丙基丙烯酰胺单体水溶液与交联剂、引发还原剂的水溶液混匀于器皿中；６．用氮气置换器皿表面及周围的空气；７．将引发氧化剂水溶液加入到器皿中，混匀后用氮气置换几分钟；８．密闭器皿反应数小时，得凝胶产品；９．所得凝胶产品经水洗除去表面未完全反应的残留单体的毒害性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于化工合成
，具体涉及一种异丙基丙烯酰胺(NIPA) 聚合物水凝胶及其合成方法。
技术介绍
高分子凝胶是兼备液体、固体两者性质的一种软而湿的材料，是由高 分子三维交联网络和固定于其中的小分子溶剂组成的多元体系，是一类既 不能溶解，也不能熔融，并且具有一定弹性的交联聚合物溶胀体.这种材 料能对环境的变化，比如PH值、温度、光强度、电场、磁场等刺激以及 化学物质等作出柔和的反应。能随环境的温度变化而作出柔和反应的这种高分子凝胶被称为温敏凝胶，温敏凝胶是一种智能高分子，能随环境温度 的变化发生可逆性的膨胀-收縮，有体积发生变化的较低临界溶解温度 (lower criticalsolution temperature ，1XST)。 智能型高分子凝胶的研究工作正在开展，其在医学、药学、生命科学、生物工程、电子与机械元件等领域颇受关注。聚N —异丙基丙烯酰胺(PNIPA)水凝胶具有温敏 性特征，温度低于LCST时，在水中形成良好的水化状态，温度达到LCST 时呈收縮状态。其LCST (较低临界溶解温度，即变性温度)在32'C左右， 在温敏薄膜、物料分离、感应件、仿生及医学等领域具有广泛的应用前景。 现有的合成异丙基丙烯酰胺(NIPA)聚合物凝胶的方法也有很多。如 胥振芹、谭业邦论文智能型水凝胶在生物医学工程中的应用(生物医 学工程研究，2004， 01: 52_55);秦爱香论文快速响应聚(N—异丙 基丙烯酰胺)水凝胶的制备及性能(精细化工，2006， 23 (9): 849—852)。 所介绍的异丙基丙烯酰胺(NIPA)聚合物凝胶其组分除了异丙基丙烯酰胺 单体外，也可以含有引发还原剂、交联剂或引发氧化剂。但现有技术中得 到的合成异丙基丙烯酰胺(NIPA)聚合物凝胶，胶体的透明性，弹性，温度 响应性能都比较差，主要是其组分的配比不合理，对反应所要求的温度、气体环境未做明确说明，不是一个比较理想的反应环境组合，而且低临界 溶解温度(lower criticalsolution temperature ，LCST)不倉巨调节， 因此所得的凝胶产品适用面窄，不能满足实际多方面应用的需要。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中所存在的上述不足之 处，提供一种异丙基丙烯酰胺(NIPA)聚合物水凝胶及其合成方法。本申请人于2007年2月7日提出了 "一种温敏型聚异丙基丙烯酰胺 的单体制备方法"的专利技术专利申请，申请号为200710003153. l，本专利技术 在该专利申请"一种温敏型聚异丙基丙烯酰胺的单体合成方法"所制作出 的聚异丙基丙烯酰胺的单体基础上，提供一种异丙基丙烯酰胺(NIPA)聚合 物水凝胶及其合成方法。解决本专利技术技术问题所采用的技术方案是该异丙基丙烯酰胺(NIPA)聚合物水凝胶，其组分包括异丙基丙烯酰胺、水，还包括引发还原剂、交 联剂、引发氧化剂，还可包括低临界溶解温度调节剂，各组分的重量百分 比可为异丙基丙烯酰胺8—15%、低临界溶解温度调节剂 0—4%、引发 还原剂 0. 02—0. 05%、交联剂 0. l—O. 15%、引发氧化剂 0. 03—0. 07%、 水91. 85—80. 73%。由单体合成聚合物的化学反应称为聚合反应，简称聚合。聚合反应的类型很多，按反应的机理可将其分连锁聚合、逐步聚合、开环聚合和聚合 物化学反应四类。连锁聚合是指聚合反应一旦开始，反应便可自动地一连 串的聚合下去，单体的转化率是随时间的延长而提高的。在连锁聚合体系 种，需要有聚合反应的活性中心，根据聚合反应的活性中心不同，连锁聚 合可以分为自由基聚合、离子聚合。本专利技术所釆用的聚合方式属于连锁聚 合中的自由基聚合。本专利技术中引发剂是指产生自由基聚合反应活性中心的物质，是一类含 有弱键的化合物，在分解活化能的作用下，共价键断裂可产生自由基。在 一般自由基聚合体系中，为了提供足够的活化能，聚合温度为40—10(TC。 本专利技术所用的引发剂可由引发氧化剂和引发还原剂构成，它是在过氧类引 发剂中加入还原剂，通过氧化一还原反应产生自由基，这种体系就叫氧化一还原引发体系或称氧化一还原引发剂。利用氧化一还原引发剂可以降 低分解活化能，从而使聚合反应在较低的温度下(15—25'C)进行，有利于提高聚合物质量和降低对环境的要求，方便操作。本专利技术中交联剂是一类具有非共轭多双键的化合物，其作用是将由自 由基引发所形成的异丙基丙烯酰胺线性交联结构转换成三维网状结构，从 而给凝胶塑形。优选的是合成所用的水为双蒸去离子水； 优选的是交联剂为N， N'-亚甲基双丙烯酰胺； 优选的是引发氧化剂为过硫酸铵； 优选的是引发还原剂是偏重硫酸钠； 优选的是低临界溶解温度调节剂为丙烯酰胺。在本专利技术中丙烯酰胺具有亲水性，而异丙基丙烯酰胺单体是疏水性 的，在异丙基丙烯酰胺聚合的凝胶中加入丙烯酰胺，可提高整个体系的亲 水性，增加体系中更多的氢键，由于凝胶受热相变的原因是体系中氢键的 断裂所致，增加了氢键，就使体系相变的温度提高了。因此低临界溶解温 度调节剂可用来调节温敏凝胶的低临界溶解温度(lower critical solution temperature ，1XST)。本专利技术异丙基丙烯酰胺(NIPA)聚合物凝胶的合成方法，包括以下步骤1. 确定异丙基丙烯酰胺(NIPA)聚合物凝胶组分，各组分的重量百分比 可为异丙基丙烯酰胺8—15%、低临界溶解温度(LCST)调节剂0—4%、 引发还原剂 0.02—0.05%、交联剂 0. l—O. 15%、引发氧化剂 0.03— 0. 07%、水91. 85—80. 73%;2. 将异丙基丙烯酰胺单体溶于部分水，可按单体与水质量比 (0. 1-0. 15) :1的比例溶解；3. 在步骤(2)溶液中加入交联剂，搅拌溶解；4. 引发氧化剂和引发还原剂各溶于部分水，可按0. 8-1.5%的浓度；5. 异丙基丙烯酰胺单体水溶液与交联剂、引发还原剂的水溶液混匀于 器皿中；6. 用氮气置换器皿表面及周围的空气，时间可为3—5分钟；7. 将引发氧化剂水溶液加入到器皿中，混匀后用氮气置换器皿表面及 周围的空气，时间可为1 —3分钟；8. 密闭器皿反应3—24小时，温度控制在15'C—25X:，得凝胶产品；9. 所得凝胶产品经过多次水洗，每次用双蒸去离子水浸泡表面数小 时，然后倒掉水晾干数小时，以除去表面未完全反应的残留单体的毒害性。整个操作过程的温度控制在15t:—25i:，温度过高会引起在操作过程 中就聚合(爆聚)；温度过低则相反，很难聚合。优选的是，在步骤1中，异丙基丙烯酰胺(NIPA)聚合物凝胶组分中的 低临界溶解温度调节剂为丙烯酰胺，其在该聚合物凝胶中重量百分比含量 为0—4%;在步骤(2)制成的异丙基丙烯酰胺单体的水溶液中可以添加丙 烯酰胺，改变LCST，以满足不同使用目的的要求。控制异丙基丙烯酰胺与 丙烯酰胺的比例，可以达到改变LCST的目的。随着异丙基丙烯酰胺与丙 烯酰胺摩尔比的降低，LCST不断升高。异丙基丙烯酰胺与丙烯酰胺摩尔比 为(100 — 70) : (0_30)之间调节变化时，可对LCST的温度从32°C_ 7(TC之间进行调节。具体而言，如果不加入丙烯酰胺，则维持聚N—异丙 基丙烯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种异丙基丙烯酰胺聚合物水凝胶，其组分包括异丙基丙烯酰胺、水，其特征在于还包括引发还原剂、交联剂、引发氧化剂，还可包括低临界溶解温度调节剂，各组分的重量百分比可为：异丙基丙烯酰胺８－１５％、低临界溶解温度调节剂０－４％、引发还原剂０．０２－０．０５％、交联剂０．１－０．１５％、引发氧化剂０．０３－０．０７％、水９１．８５－８０．７３％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：田耘博，王智彪，叶方伟，
申请(专利权)人：重庆融海超声医学工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：85[中国|重庆]