本发明专利技术涉及一种以表面活性剂为模板的纳米复合水凝胶及其制备方法。所述水凝胶由非离子表面活性剂单体M1、无机纳米粒子M2和丙烯酰胺类单体M3溶于去离子水中氮气保护低温聚合而成，三者用量的质量百分比为M1：1-18％，M2：4-10％，M3：95-72％。本制备方法是以M1作为模板、以M2为物理交联剂，聚合结束后通过浸泡除去M1后得到具有高溶胀度、快速温度响应性和优良力学性能的纳米复合水凝胶。该制备方法简单、成本低廉，所制备的纳米复合水凝胶的孔洞尺寸、溶胀度、温敏性和力学性能可由非离子表面活性剂M1和无机纳米粒子M2的种类和用量来调节，可用于组织工程、药物控制释放、传感器和化学分离等领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及表面活性剂和智能高分子材料领域，具体涉及。
技术介绍
随着科学技术的发展，要求材料本身向着高性能化、多功能化、复合化、智能化、杂化及纳米化等方向发展，以适应复杂环境的变化。智能材料是一种新兴的高科技尖端材料， 是指能对环境可感知且可响应并具有功能发现能力的新材料，具有传感、处理和执行功能。 水凝胶是目前研究最多的刺激响应型高聚物，是由液体和高分子网络组成的能够自我维持稳定的、以范德华键、氢键和化学键连接而成、具有三维网络结构的一种软湿材料。温度敏感性水凝胶因在组织工程、药物控制释放、传感器和化学分离等领域具有潜在的应用价值， 而受研究人员的广泛关注和深入研究。传统化学交联水凝胶由于交联点之间的不均勻性与固定性，导致所得凝胶存在溶胀度低，力学性能差，透明性低等缺点。有机_无机纳米复合水凝胶因无机相以纳米尺度分散到有机聚合物基质中，可提高传统化学交联水凝胶的力学性能。中国专利CN101215350A 和CN 1908035A公开了一种以焦磷酸钠改性的锂皂石为物理交联剂，丙烯酰胺为主单体制备得到高回弹性的纳米复合水凝胶。中国专利CN 101319019A和CN1931901A公开了一种以市售物理交联剂锂蒙土 Laponite为交联剂，乙烯基吡咯烷酮或异丙基丙烯酰胺等为功能单体，制备得到具有良好透明性、吸水溶胀性和力学性能的温敏纳米复合水凝胶。中国专利CN 101885801A公开了一种采用波聚合技术制备纳米复合温敏水凝胶的方法，所得凝胶具有强度高、响应灵敏的特点。以小分子的表面活性剂作为模板可合成得到具有规整结构的材料。Beck等 (J. Am. Chem. Soc.，1992，114 10834)利用表面活性剂的作为模板首次合成了内径1. 5 IOnm的MCM-41介孔分子筛，突破了传统分子筛的孔径范围(< 1. 5nm)，微孔制备的介孔分子筛在材料领域有重要意义。在水凝胶中引入表面活性剂同样可以改善凝胶性能。 Christopher等(Chem. Mater. 2003,15 3376)以非离子表面活性剂鲸蜡醇聚氧乙烯醚 (Brij 58)为模板采用光引发聚合使用化学交联剂亚甲基双丙烯酰胺(MBA)制备聚丙烯酰胺(PAAm)水凝胶，所得凝胶具有较高的结构规整性，并且力学性能得到提高。卢翠香等(化学学报.2009，67 (3) 238)以Bri j58为模板，使用MBA作为交联剂采用光聚合合成了结构规整的PAAm水凝胶，具有均一的小孔结构，内部结构更加规整、有序，保持了传统水凝胶的对PH值变化快速响应的性质。从上述专利或文献报道来看，研究纳米复合水凝胶的没采用表面活性剂为模板， 而采用表面活性剂为模板的又并未引入无机纳米粒子或具有敏感特性。本专利技术综合考虑了水凝胶的智能性，利用烷基丙烯酰胺类水凝胶在体积相转变温度(VPTT)附近伸展或收缩的构象变化，采用非离子表面活性剂为模版、无机纳米粒子为物理交联剂制备得到具有模板结构的纳米复合水凝胶，改善水凝胶透明度、溶胀度和力学性能等。
技术实现思路
本专利技术拟解决的技术问题是设计一种以表面活性剂为模板的纳米复合水凝胶， 使该凝胶具有贯穿孔洞结构、高溶胀度、高透明度、快速温度响应性和优良力学性能。本专利技术所制备的一种以表面活性剂为模板的纳米复合水凝胶，由如式Ml所示的非离子表面活性剂单体、如式M2所示的无机纳米粒子和如式M3所示的丙烯酰胺类单体溶于去离子水中氮气保护低温聚合而成，所述的Ml、M2、M3的质量百分比为Ml =1-18%, M2 4-10%, M3 95-72% ；R1-R2-0H Ml权利要求1. 一种以表面活性剂为模板的纳米复合水凝胶，其特征在于由如式Ml所示的非离子表面活性剂单体、如式M2所示的无机纳米粒子和如式M3所示的丙烯酰胺类单体溶于去离子水中氮气保护低温聚合而成，所述的Ml、M2、M3的质量百分比为Ml :1-18%,M2 4-10%, M3 95-72% ；R1-R2-0H MlHN-R4Π,ΝΜ3其中，Rl 为 C17H35CO, R2 为(CH2CH2O)n, (η 为 10 或 20)，或 Rl 为 C12H25，R2 为(CH2CH2O) η，(η 为 4 或 23)，或 Rl 为 C16H33, R2 为(CH2CH2O)n, (η 为 2，10 或 20)，或 Rl 为 C18H35，R2 为 (CH2CH2O)n, (η 为 2，10 或 20)；R3 为 H，R4 为 CH (CH3)2，或 R3 为 CH3, R4 为 CH (CH3) 2。2.根据权利要求1所述的一种以表面活性剂为模板的纳米复合水凝胶，其特征在于 所述非离子表面活性剂单体Ml为聚氧乙烯(10)硬脂醇醚、聚氧乙烯(20)硬脂醇醚、聚氧乙烯(4)月桂醇醚、聚氧乙烯(23)月桂醇醚、聚氧乙烯(2)鲸蜡醇醚、聚氧乙烯(10)鲸蜡醇醚、聚氧乙烯(20)鲸蜡醇醚、聚氧乙烯(2)油醇醚、聚氧乙烯(10)油醇醚或聚氧乙烯(20) 油醇醚中的任意一种。3.根据权利要求1所述的一种以表面活性剂为模板的纳米复合水凝胶，其特征在于 所述的无机纳米粒子Μ2为硅酸镁锂、锂皂石、镁皂石或锂镁皂石中的任意一种，均含有硅氧基团和镁、锂等金属离子，外观为白色固体粉末，在水中经搅拌后可均勻分散，呈澄清透明溶液。4.根据权利要求1所述的一种以表面活性剂为模板的纳米复合水凝胶，其特征在于 所述温敏性单体Μ3为N-异丙基丙烯酰胺或异丙基甲基丙烯酰胺中的一种。5.一种如权利要求1所述的一种以表面活性剂为模板的纳米复合水凝胶的制备方法， 包括下列步骤1)在室温和氮气保护下，将如式Ml所示的非离子表面活性剂、如式Μ2所示的无机纳米粒子、如式Μ3所示的丙烯酰胺类单体按照质量百分比为Ml 1-18%, Μ2 4-10%, Μ3 95-72%依次加入去离子水中，配制成Μ2质量浓度为0. 1-10%的水溶液，15 25°C下搅拌 40 80min，直至完全分散形成均一溶液；2)将上述混合溶液放至冰水浴中，氮气保护下，20 40min内降温至0 5°C，稳定 15 30min后，滴加质量浓度为0. 1 10%的引发剂水溶液，5 IOmin内滴加完毕，搅拌 IOmin后，注射质量浓度为0. 1 2%的催化剂水溶液20 100 μ L，保持搅拌速度、反应温度和氮气氛围，20 40min后停止反应，将得到完全透明状的反应物溶液放入恒温箱中24 36h，控制反应温度在20 25°C ；3)将最终产物浸泡于去离子水中1-2周，每间隔5-8小时更换去离子水，以除去未反应的单体、交联剂和各种杂质，得到所述的以表面活性剂为模板的纳米复合水凝胶。6.根据权利要求5所述的一种以表面活性剂为模板的纳米复合水凝胶的制备方法，其特征在于所述的引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾，所述的催化剂为N，N，N’ N’-四甲基乙二胺或亚硫酸钠。7.根据权利要求5所述的一种以表面活性剂为模板的纳米复合水凝胶的制备方法，其特征在于所述的非离子表面活性剂在制备过程中作为模板，通过浸泡的方式去除。8.根据权利要求5所述的一种以表面活性剂为模板的纳米复合水凝胶的制备方法，其特征在于所述的无机纳米粒子是作为物理交联剂，含量越高，交联度越本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种以表面活性剂为模板的纳米复合水凝胶，其特征在于：由如式Ｍ１所示的非离子表面活性剂单体、如式Ｍ２所示的无机纳米粒子和如式Ｍ３所示的丙烯酰胺类单体溶于去离子水中氮气保护低温聚合而成，所述的Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３的质量百分比为Ｍ１：１－１８％，Ｍ２：４－１０％，Ｍ３：９５－７２％；Ｒ１－Ｒ２－ＯＨ Ｍ１其中，Ｒ１为Ｃ１７Ｈ３５ＣＯ，Ｒ２为（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）ｎ，（ｎ为１０或２０），或Ｒ１为Ｃ１２Ｈ２５，Ｒ２为（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）ｎ，（ｎ为４或２３），或Ｒ１为Ｃ１６Ｈ３３，Ｒ２为（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）ｎ，（ｎ为２，１０或２０），或Ｒ１为Ｃ１８Ｈ３５，Ｒ２为（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）ｎ，（ｎ为２，１０或２０）；Ｒ３为Ｈ，Ｒ４为ＣＨ（ＣＨ３）２，或Ｒ３为ＣＨ３，Ｒ４为ＣＨ（ＣＨ３）２。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张青松，陈坤，陈莉，吴彬彬，王小召，赵义平，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：12
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