[发明专利]温度响应材料SiO2-聚异丙基丙烯酰胺的制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及温度响应材料的制备方法及应用。

背景技术

水下油滴的操作在化学反应，生物分析，质量无损失运输及油水分离等领域具有广泛的应用。但目前现有的水下油滴运输技术普遍存在所需设备复杂，成本高，油滴运输效率低，对于微小液滴的运输不够精确等问题，因此阻碍了水下液滴输运的发展。而近年来飞速发展的智能纳米复合材料由于其制备方法简单，通用性强，成本低等特点使其在液滴输运方面受到了广泛的关注。聚异丙基丙烯酰胺(PNIPAm)是一种具有温度响应特性的智能高分子聚合物，在环境温度改变的条件下能够使分子链结构产生变化¹。它有一个较低临界溶解浓度(33℃)，当温度低于临界溶解温度时，PNIPAm具有高的亲水特性，其分子链属于伸展状态。当温度高于临界溶解温度时，分子链处于收缩塌陷状态，其中疏水链段朝向外部，因此具有疏水特性。正是由于PNIPAm具有独特的亲水疏水转变特性，将纳米颗粒表面接枝这种智能高分子，可以作为很好的水下液滴包裹材料，应用于水下油滴输运方面。

发明内容

本发明是为了解决现有用于制备水下油滴运输的物质原料成本高，制备过程复杂以及所得物质毒性高的问题，而提供了一种温度响应材料SiO₂-聚异丙基丙烯酰胺的制备方法及应用。

本发明的温度响应材料SiO₂-聚异丙基丙烯酰胺的制备方法按以下步骤进行：

一、将SiO₂纳米颗粒超声分散在去离子水中，超声频率为100Hz～500Hz，超声时间为20min～80min，得到分散好的溶液；所述的SiO₂纳米颗粒的质量与去离子水的体积的比为0.05g：(10～300)mL；所述的SiO₂纳米颗粒的粒径为50nm～2000nm；

二、向步骤一得到的分散好的溶液中依次加入浓HNO₃、N,N-亚甲基双丙烯酰胺交联剂和异丙基丙烯酰胺单体，然后在惰性气体保护下，于温度为45～55℃和搅拌速度为150r/min～800r/min的条件下搅拌20min～60min；步骤二中所述的浓HNO₃的体积与步骤一中所述的SiO₂纳米颗粒的质量的比为1mL：(0.01～1)g；步骤二中所述的N,N-亚甲基双丙烯酰胺交联剂与步骤一中所述的SiO₂纳米颗粒的质量比为0.1：(0.01～1)；步骤二中所述的异丙基丙烯酰胺单体与步骤一中所述的SiO₂纳米颗粒的质量比为0.3：(0.01～1)；

三、在惰性气体保护下，向步骤二后的溶液中依次加入硝酸铈铵引发剂和N,N,N’,N’-四亚甲基乙二胺，在温度为45～55℃和搅拌速度为150r/min～800r/min的条件下反应4h～6h，得到温度响应材料SiO₂-聚异丙基丙烯酰胺；步骤三中所述的硝酸铈铵引发剂与步骤一中所述的SiO₂纳米颗粒的质量比为1.5：(0.01～1)；步骤三中所述的N,N,N’,N’-四亚甲基乙二胺的体积与步骤一中所述的SiO₂纳米颗粒的质量的比为10μL：(0.01～1)g。

本发明的温度响应材料SiO₂-聚异丙基丙烯酰胺应用于水下有机溶剂的运输。

本发明的有益效果：

本发明采用简单易得的纳米颗粒SiO₂作为核材料，超声分散在水溶液后，在其表面接枝具有温度响应特性的高分子聚合物异丙基丙烯酰胺(PNIPAm)高分子链段，形成具有温度响应特性的SiO₂-PNIPAm纳米复合材料，并将这种纳米复合材料包裹在水下有机物如CHCl₂、CHCl₃或CCl₄等液滴的表面，实现了温度升高条件下将水下油滴向水上智能输运过程。