本发明专利技术涉及一种羧甲基纤维素基可逆光致变色水凝胶的制备方法，其是将不同取代度的羧甲基纤维素溶解于水中，配制成羧甲基纤维素水溶液，然后配制磷钨酸水溶液，在不断搅拌的条件下，将磷钨酸溶液与羧甲基纤维素水溶液混合，控制磷钨酸的加入方式及加入量，最后，停止搅拌，静置2h，得到羧甲基纤维素基水凝胶。通过流变学的表征，所形成的羧甲基纤维素基水凝胶具有较为完整的网络结构，其网络结构与羧甲基纤维素的取代度以及磷钨酸的加入量有关。通过紫外-可见分光光度计对变色前后的水凝胶的吸光度和透光率进行表征，发现其在预防紫外线和强光照射方面有着十分重要的应用前景，可用在建筑材料、分光材料及许多其他相关领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种有机物为基体的水凝胶，尤其涉及一种羧甲基纤维素基的可逆光致变色水凝胶的制备方法，属于光致变色水凝胶领域。
技术介绍
光致变色材料在光化学反应中，其物理特性发生变化的同时折射率、相对介电常数、氧化还原势以及其几何结构也发生变化。因此，光致变色材料有许多潜在的应用领域，例如:感光测量和热测量、辐射测量、光开关、光滤波器、显示器、信息存储、太阳能转换、光调控、光信息基因材料等，尤其在生物应用方面，光致变色材料有着独特的优势，因为光波不会对相对脆弱的生物组织和器官产生损伤。与传统的光致变色材料相比，光致变色水凝胶具有良好的亲水性和生物相容性，在生物应用方面(比如药物载体、荧光标记等)有着很好的前景，这是因为水凝胶是由高分子组成的三维网络结构，在水中能够溶胀吸收大量的水分，但又不会溶解，在生物医药、组织工程、功能材料等相关领域得到了广泛的应用，如伤口敷裹、药物释放载体、人造器官等。目前，光致变色水凝胶一般都是由基体与光致变色材料复合而成的(FernandoPina and T.Alan Hatton.Photochromic Soft Materials: Flavylium CompoundsIncorporated into Pluronic F-127 Hydrogel Matrixes, 2008, 24(6): 2356-2364.潭连江，刘水平，陈彦模等.一种光致变色水凝胶的合成与表征.合成技术及应用，2011，26(1):11-14.)。光致变色水凝胶的应用前景广阔，制备光致变色水凝胶，基体材料以及变色材料的选择十分重要，同时要考虑到制备过程中是否需要使用交联剂。基体材料的选择，除要求其具有良好的亲水性外，还应考 虑其与变色材料的相互作用。制备水凝胶的高分子主要有两大类:一类为合成高分子，如丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯酸酯等；另一类为天然高分子，如海藻酸、淀粉、纤维素、壳聚糖等。天然高分子制备的水凝胶相对于合成高分子具有很好的生物降解性和生物相容性等优点(景占鑫，孙晓锋，王海洪等.环境敏感型纤维素水凝胶及其在药物控释方面的应用.材料导报，2012，26(4):83-88.)。其中纤维素是自然界中最丰富的资源，将纤维素改性制备的羧甲基纤维素，当其取代度达到一定程度时，可以溶解在水中，形成澄清透明的溶液，由于其具有生物降解性、生物相容性、安全无毒等特点，已成为制备水凝胶的理想材料。磷钨酸是一种重要的杂多酸化合物，杂多酸可作为电子受体与有机给体形成电子给-受配合物，在紫外光激发下可发生配体到金属中心的电荷转移，从而表现出光致变色性质，多酸化合物与高分子材料的结合不仅有利于复合材料的可加工性，使该类光致变色材料的应用成为可能，并且可大大提高结构高分子参与电子转移和运输的能力，拓宽其应用范围。高分子凝胶形成的方式一般有两种，即化学交联和物理交联。化学方式交联剂常具有较大毒性，而物理交联凝胶是通过缠结点、微晶区等物理结合方式形成的，可避免使用交联剂。使用磷钨酸与羧甲基纤维素复合形成的光致变色水凝胶为物理交联，无需加入交联剂，避免了由于使用交联剂而弓I入有毒物质。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有的光致变色水凝胶基体生物相容性差、加工需加入有毒的交联剂的问题，提供一种简单的纤维素基可逆光致变色水凝胶及其制备方法。本专利技术的目的是通过下述技术方案来实现的: 一种羧甲基纤维素基可逆光致变色水凝胶，本专利技术的基体为利用常规非均相方法制备的不同取代度的羧甲基纤维素，水凝胶是由羧甲基纤维素水溶液和磷钨酸水溶液混合得至IJ，混合的方式是:将磷钨酸水溶液逐滴并缓慢加入到羧甲基纤维素水溶液中，同时用磁力搅拌混合；所述羧甲基纤维素水溶液的浓度在1%_5%之间，取代度在0.6-1.8之间，磷钨酸水溶液的浓度为5%-30%。以上羧甲基纤维素基可逆光致变色水凝胶的制备方法具体步骤如下: 步骤一、制备羧甲基纤维素水溶液，其浓度在1%_5%之间，取代度在0.6-1.8之间。步骤二、制备磷钨酸水溶液，浓度在5%-30%之间。步骤三、在磁力搅拌的条件下，将步骤二所得的磷钨酸水溶液与步骤一制得的羧甲基纤维素水溶液混合；磷钨酸水溶液与羧甲基纤维素钠水溶液质量比在1:1.7 2.0之间。步骤四、停止搅拌，静置2 h以上，即可得到羧甲基纤维素基可逆光致变色水凝胶。以上的步骤一中，所采用的羧甲基纤维素取代度范围适应性很宽，本专利技术选取了取代度在0.6-1.8之间。其考虑是:对于使用非均相法制备的羧甲基纤维素，若取代度低于0.6，则羧甲基纤维素溶解性大幅下降，会导致凝胶透明性变差；若取代度高于1.8，则需要多次碱化和醚化，大大增加了不必要的成本。步骤三中所述的磷钨酸水溶液与羧甲基纤维素溶液的混合方式必须采用磷钨酸水溶液要逐滴、缓慢加入到羧甲基纤维素水溶液中。若将磷钨酸水溶液加入到羧甲基纤维素水溶液中改为其他方式如将羧甲基纤维素水溶液加入到磷钨酸水溶液中或直接将一定量的羧甲基纤维素溶解于磷钨酸水溶液中或将磷钨酸粉末直接加入到羧甲基纤维素水溶液中以及其他常规的混合方式，则无论羧甲基纤维素的取代度和浓度、磷钨酸的加入速度、磷钨酸的加入量怎样变化，都不能形成水凝胶。其他加入方式不能形成凝胶的原因，与形成凝胶的速率有关，本专利技术先溶解CMC，再滴加磷钨酸，控制了形成凝胶的速率，最终形成网状的结构，成为凝胶，其他加入方式如将CMC加入到磷钨酸溶液中时，由于体系中磷钨酸较多，在CMC表面先形成一层凝胶，凝胶中包含未溶解的CMC，经过搅拌，内部未溶解的CMC也逐渐形成凝胶，这样就形成了一个个独立的微凝胶颗粒，无法形成网状结构，只能以微凝胶的形式存在。本专利技术中，必须需要恰当地选择磷钨酸水溶液的滴加速度与羧甲基纤维素的取代度、羧甲基纤维素水溶液的浓度和磷钨酸水溶液的浓度，它们之间必须要合理匹配，因为，申请人发现在羧甲基纤维素取代度、水溶液浓度一定的条件下，最大滴加速度随磷钨酸水溶液浓度的增加而减小；在羧甲基纤维素取代度、磷钨酸溶液浓度一定的条件下，最大滴加速度随羧甲基纤维素浓度的减小而减 小；在羧甲基纤维素水溶液浓度、磷钨酸水溶液浓度不变的条件下，最大滴加速度随羧甲基纤维素取代度的增加而减小。经过大量的分析和研究，申请人认为，在本专利技术条件下，磷钨酸水溶液的加入速度最快不超过IOs/滴。本专利技术中，形成凝胶所需的磷钨酸的量与羧甲基纤维素的取代度、溶液中羧甲基纤维素的量有关，本专利技术的用量关系选择对水凝胶的形成至关重要。经申请人的研究得到:若要形成网络结构比较完整的水凝胶，磷钨酸的加入量要控制在一定范围内，加入量不足体系为溶液状态，加入量过多，则网络结构过于致密，不再具有水凝胶的吸水性能，形成坚硬的块体。在羧甲基纤维素溶液浓度一定的条件下，随着羧甲基纤维素取代度的升高，形成网络结构较为完整的水凝胶所需的磷钨酸的最低摩尔数与羧甲基纤维素中剩余羟基的摩尔数的比值增加，形成网络结构较为完整的水凝胶所需的磷钨酸的最高摩尔数与羧甲基纤维素中剩余羟基的摩尔数的比值增加，但最高摩尔数与最低摩尔数之差减小；在羧甲基纤维素取代度一定的条件下，随着羧甲基纤维素浓度的增加，形成网络结构较为完整的水凝胶所需的磷钨酸的最低摩尔数与羧甲基纤维素中剩余羟基的摩尔数的比值降低，形成网络结构本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种羧甲基纤维素基可逆光致变色水凝胶，其特征在于：其是由羧甲基纤维素水溶液和磷钨酸水溶液混合得到，混合的方式是：将磷钨酸水溶液逐滴并缓慢加入到羧甲基纤维素水溶液中，同时用磁力搅拌混合；所述羧甲基纤维素水溶液的浓度在?1%?5%之间，取代度在0.6?1.8之间，磷钨酸水溶液的浓度为5%?30%。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：邵自强，王茜，李友琦，王飞俊，谢莹，陈洋溢，王文俊，李永红，
申请(专利权)人：北京理工大学，重庆力宏精细化工有限公司，北京北方世纪纤维素技术开发有限公司，
类型：发明
国别省市：
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