溶剂交换驱动的聚丙烯酰胺/多糖水凝胶膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及了一种溶剂交换驱动的聚丙烯酰胺/多糖水凝胶膜及其制备方法，制备方法包括以下步骤：1、将单体丙烯酰胺、交联剂N,N

【技术实现步骤摘要】
溶剂交换驱动的聚丙烯酰胺/多糖水凝胶膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及水凝胶驱动领域，特别是涉及溶剂交换驱动的聚丙烯酰胺/多糖水凝胶膜及其制备方法

技术介绍

[0002]石油基聚合物的生产会对环境造成一系列的危害，其产物不可生物降解及废弃物对环境造成严重污染。除此之外，石油也是一有限资源；所以需要合适的制备方法发展新型的环境友好性材料。水凝胶以其独特的结构、优良的性能和广泛的应用得到了人们的关注。水凝胶是一种含有具有许多亲水基团的三维网络结构，有较高的含水量以及多孔结构，它的应用在日常生活中随处可见，例如纸尿裤、胶水、伤口敷料、药物载体、凝胶面膜等。由于智能水凝胶对外界环境变化以及一些刺激(如光、温度、磁、pH、电、压力、离子强度等)展现出不同的响应性。这种智能型的水凝胶受到研究者们更多的青睐。水凝胶驱动器是智能水凝胶的重要组成成员，通过对水凝胶结构的设计可以使驱动器拥有弯曲、行走等复杂的行为。为了完成这些复杂的运动，人们一般通过构建双层结构水凝胶、梯度交联水凝胶或者局部差异水凝胶来制备凝胶驱动器，这些方法主要是依靠不同部位的溶胀度差异使水凝胶发生各向异性的形变，从而得到复杂的驱动方式。但这种制备策略较为复杂和繁琐，而且不具有普遍适用性。除此之外，双层差异性结构可能会对水凝胶驱动器的机械性能产生影响，设计过程中可能会出现层出不穷的问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术针对上述问题，突破常规驱动方法(如光、磁、热等)，让凝胶膜吸收乙醇后进入水中，利用溶剂交换的能量使水凝胶膜产生驱动。利用水凝胶普遍存在的多孔结构以及溶胀特性与乙醇
‑
水溶剂交换相结合，通过简单的丙烯酰胺加成反应聚合与多糖上羧基于无机离子的交联，提供了一种溶剂交换驱动的聚丙烯酰胺/多糖水凝胶膜及其制备方法。
[0004]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：
[0005]溶剂交换驱动的聚丙烯酰胺/多糖水凝胶膜的制备方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1、将含羧基的多糖、N,N
‑
亚甲基双丙烯酰胺交联剂、过硫酸铵引发剂、黄原胶溶液加入到丙烯酰胺溶液中搅拌溶解，超声消泡，得到水凝胶前驱体溶液；
[0007]步骤2、将上一步得到的水凝胶前驱体溶液注入模具中，置于55
‑
65℃下3
‑
4h，得到聚丙烯酰胺交联的水凝胶网络；
[0008]步骤3、将上一步所得的聚丙烯酰胺交联的水凝胶网络浸泡于氯化镧溶液中12h以上，得到聚丙烯酰胺/多糖水凝胶膜；
[0009]步骤4、将聚丙烯酰胺/多糖水凝胶膜在室温下置于无水乙醇溶液中浸泡3
‑
5min后置于水中，得到溶剂交换驱动的聚丙烯酰胺/多糖水凝胶膜，所述溶剂交换驱动的聚丙烯酰胺/多糖水凝胶膜能在水中进行旋转运动。
[0010]进一步的，所述氯化镧溶液中的氯化镧为七水合氯化镧，质量分数为1％。
[0011]进一步的，所述多糖为海藻酸钠、羧甲基纤维素或透明质酸中的任意一种。
[0012]进一步的，所述含羧基的多糖在水凝胶前驱体溶液中的质量分数为15
‑
25％。
[0013]进一步的，所述丙烯酰胺单体溶液的质量分数为20％。
[0014]溶剂交换驱动的聚丙烯酰胺/多糖水凝胶膜，由上述任一种方法制备得到。
[0015]本专利技术的有益效果为：由于目前驱动水凝胶的设计大多为复杂的双层结构、差异性结构，且运动方式简单，应用受限。本专利技术一方面利用简单的丙烯酰胺加成聚合与带羧基的多糖与无机离子交联制备出力学性能良好的多孔水凝胶。丙烯酰胺单体通过加成聚合形成水凝胶的第一个交联网络，拥有羧基的多糖与镧离子交联作为水凝胶的第二交联网络，双网络交联增加了水凝胶的力学性能。另一方面将乙醇
‑
水溶剂交换的现象与水凝胶多孔结构及其溶胀效应相结合，经试验表明水凝胶膜能在水中较稳定的旋转且拥有一定的速度。水凝胶的多孔结构可以吸收乙醇、水等液体，当吸收了乙醇的水凝胶进入水中时，乙醇和水迅速溶剂交换产生粒子布朗运动，同时由于乙醇的空气含量比水大，超过水中空气饱和度，会产生大量气泡。气泡溃灭产生的力的作用和粒子布朗运动促使凝胶膜运动。由于聚丙烯酰胺/多糖水凝胶力学性能稳定、无毒无害，而且拥有独特可循环重复的旋转运动方式，有很大的潜力应用于环境处理(重金属吸附、染料吸附等)、医学治疗(血液毒素清除、血栓清除等)等领域。
[0016]相比于其他水凝胶驱动器本专利技术的水凝胶膜具有以下优势：1)工艺简单，无需构建双层、差异性结构；2)驱动方式简单节能，水和乙醇都是清洁能源且廉价易得，少量乙醇就可以支持较长时间的运动；3)运动形式为旋转运动，相较于弯曲行走等行为旋转运动更为复杂，且凝胶膜旋转速度较快，应用前景广泛。因此，这种制备工艺简单、驱动方法节能、运动形式独特的驱动水凝胶在环境、医学等领域拥有重要意义。
附图说明
[0017]图1为本专利技术的水凝胶膜的制备流程图；
[0018]图2为不同含量海藻酸钠的水凝胶膜的拉伸性能图；
[0019]图3为不同含量海藻酸钠的水凝胶膜的孔隙率图；
[0020]图4为不同含量海藻酸钠的水凝胶膜的运动时间图。
[0021]图5为溶剂交换驱动的聚丙烯酰胺/海藻酸钠水凝胶膜运动方式图。
具体实施方式
[0022]以下对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。
[0023]实施例1
[0024]将丙烯酰胺3g溶于15mL去离子水中，加入0.2g(6％)海藻酸钠搅拌溶解，再加入适量的交联剂N,N
‑
亚甲基双丙烯酰胺、引发剂过硫酸铵、5mL0.5％的黄原胶溶液持续搅拌至完全溶解后超声消泡。然后注入模具中，置于60℃下约3h，得到聚丙烯酰胺交联的水凝胶网络。最后将水凝胶置于质量分数为1％的氯化镧溶液中浸泡约12h，得到溶剂交换驱动的聚丙烯酰胺/海藻酸钠水凝胶膜。将水凝胶膜剪成固定形状，室温下先置于无水乙醇中180s，再将其置于水中，水凝胶膜进行旋转运动。
[0025]实施例2
[0026]将丙烯酰胺3g溶于15mL去离子水中，加入0.3g(10％)海藻酸钠搅拌溶解，再加入适量的交联剂N,N
‑
亚甲基双丙烯酰胺、引发剂过硫酸铵、5mL0.5％的黄原胶溶液持续搅拌至完全溶解后超声消泡。然后注入模具中，置于60℃下约3h，得到聚丙烯酰胺交联的水凝胶网络。最后将水凝胶置于质量分数为1％的氯化镧溶液中浸泡约12h，得到溶剂交换驱动的聚丙烯酰胺/海藻酸钠水凝胶膜。将水凝胶膜剪成固定形状，室温下先置于无水乙醇中180s，再将其置于水中，水凝胶膜进行旋转运动。
[0027]实施例3
[0028]将丙烯酰胺3g溶于15mL去离子水中，加入0.45g(15％)海藻酸钠搅拌溶解，再加入适量的交联剂N,N
‑
亚甲基双丙烯酰胺、引发剂过硫酸铵、5mL0.5％的黄原胶溶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.溶剂交换驱动的聚丙烯酰胺/多糖水凝胶膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、将含羧基的多糖、N,N
‑
亚甲基双丙烯酰胺交联剂、过硫酸铵引发剂、黄原胶溶液加入到丙烯酰胺溶液中搅拌溶解，超声消泡，得到水凝胶前驱体溶液；步骤2、将上一步得到的水凝胶前驱体溶液注入模具中，置于55
‑
65℃下3
‑
4h，得到聚丙烯酰胺交联的水凝胶网络；步骤3、将上一步所得的聚丙烯酰胺交联的水凝胶网络浸泡于氯化镧溶液中12h以上，得到聚丙烯酰胺/多糖水凝胶膜；步骤4、将聚丙烯酰胺/多糖水凝胶膜在室温下置于无水乙醇溶液中浸泡3
‑
5min后置于水中，得到溶剂交换驱动的聚丙烯酰胺/多糖水凝胶膜，所述溶剂交换驱动的聚丙烯酰胺/多糖水凝胶膜能在水中进...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷先泽，何述言，文先杰，郑龙，
申请(专利权)人：佛山市第二人民医院，
类型：发明
国别省市：