[发明专利]一种具有双重温度响应的智能水凝胶纤维的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于水凝胶纤维的制备领域，特别涉及一种具有双重温度响应的智能水凝胶纤维的制备方法。

背景技术

智能水凝胶是一类由响应性高分子与水组成的具有三维网络结构的软湿性材料，具有对外界pH、温度、电场等刺激的响应性，是一类重要的智能材料，在医疗卫生、环境能源等领域具有广泛的应用前景。但由于水凝胶软湿特性的限制，通常情况下仅能通过原位聚合的方式加工成3维材料(体凝胶)，大大限制了其应用。制备连续的1维(凝胶纤维)响应性水凝胶材料，对丰富智能水凝胶的应用有重要意义。

人们根据水凝胶的物化特性，设计了一系列水凝胶纤维的制备方法。其中，哈尔滨工业大学的林秀玲博士利用静电纺丝制备了具有温度响应性的PU/PNIPAAm电纺纤维，但这种方法仅能获得无纺布薄膜，且PNIPAAm的环境响应性是不可逆的；东华大学顾丽霞教授等在《功能高分子学报》中发表了利用先聚合后湿法纺丝的二步法加工过程，制备了PVA/PAA水凝胶纤维，但由于凝胶的三维网络结构在纺丝前已经形成，因此不能进行牵伸和连续收集；此外，具有PH相应性的PAN水凝胶纤维的结构本质是高分子链的缠绕，这种纤维在特殊的离子环境下易解离，结构稳定性不佳，且制备过程对分子量要求高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有双重温度响应的智能水凝胶纤维的制备方法，该方法制备得到的智能水凝胶纤维既实现了水凝胶纤维的连续制备，又通过半互穿网络提高了纤维的结构稳定性，并能够实现纤维对环境温度的多重响应，对水凝胶材料的开发应用和后期加工有着非常重要的意义。通过控制OEGMA和MEO₂MA比例及PEGDA和粘土的含量可以实现双重响应温度的调控。

本发明的一种具有双重温度响应的智能水凝胶纤维的制备方法，包括：

(1)将寡聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯OEGMA和2-甲基-2-丙烯酸-2-(2-甲氧基乙氧基)乙酯MEO₂MA混合，加入光引发剂，避光搅拌至引发剂完全溶解后，以波长为200-400nm的紫外光引发原位自由基聚合，得到Poly(OEGMA-co-MEO2MA)，即POM；其中，OEGMA与MEO₂MA的质量比为1:1～1:9，光引发剂的质量占OEGMA和MEO₂MA单体总质量5-10‰；

(2)将蒸馏水加入到步骤(1)中得到的POM中，蒸馏水的加入量为POM的质量的4～10倍，然后加入聚乙二醇双丙烯酸酯PEGDA，搅拌至POM和PEGDA完全溶解，得到混合POM/PEGDA水溶液；其中，POM与PEGDA的质量比为10:3～2:3；

(3)在步骤(2)中制备得到的混合POM/PEGDA水溶液中加入粘土Laponite XLS，然后加入PEGDA质量5-10‰的光引发剂，避光搅拌至粘土和光引发剂完全溶解，静置，脱除气泡，得到纺丝原液；其中，粘土的质量占整个纺丝原液质量的3-10％；

(4)将步骤(3)中的得到的纺丝原液通过计量泵以2-10ml/h挤出速率通过纺丝喷头通入水浴，距离纺丝液出口5-8mm处设置波长200-400nm的紫外光点光源，光路方向与纺丝液挤出方向成60-90°角，光斑距离挤出纺丝液5mm-1cm，引发纺丝液中PEGDA的自由基聚合反应，制备出具有半互穿semi-IPN结构的水凝胶初生纤维；

(5)以滚筒为卷绕装置，调整滚筒线速度，对步骤(4)中得到的初生纤维进行牵伸，得到具有UCST和LCST双重相转变温度的凝胶纤维，即具有双重温度响应的智能水凝胶纤维。

所述步骤(1)中OEGMA的分子量为Mn＝500g·mol^-1，MEO₂MA的分子量为Mn＝188g·mol^-1。

所述步骤(1)中搅拌的时间为3h。

所述步骤(2)中PEGDA的分子量为Mn＝500-1000g·mol^-1。

所述步骤(2)中搅拌的时间为12h。

所述步骤(2)中得到的混合水溶液室温下无分层。

所述步骤(3)中粘土Laponite XLS的组成为92.32wt％[Mg_5.34Li_0.66Si₈O₂₀(OH)₄]Na_0.66和7.68wt％Na₄P₂O₇。