[发明专利]核壳微凝胶及其在改善胶体材料性能方面的应用

说明书

本发明公开了一种核壳微凝胶及其在改善胶体材料性能方面的应用。该微凝胶具有硬的聚合物核，以及软的聚合物壳。首先通过乳液聚合法制备聚合物核颗粒，然然后通过进一步的乳液聚合将上述核颗粒包裹在轻度交联的软的聚合物壳层结构中。采用这种方法可以通过适当地微调反应物质的比例而制备出总体尺寸相当，而核壳尺寸连续变化的一系列核壳微凝胶。微凝胶含有大量的疏水基团，可以通过疏水作用力和其他的聚合物胶体粒子发生桥联作用。在这个过程中，通过改变微凝胶的浓度、核壳尺寸，可以显著地改变胶体分散液状态、力学性能、内部空隙结构等性质。因此本方法制备的核壳结构的微凝胶在3D打印、胶体墨水的设计方面有潜在的应用。

技术领域

本发明属于胶体科学领域，涉及一种核壳微凝胶及其在改善胶体材料性能方面的应用。

背景技术

微凝胶是一种能够被溶剂溶胀的微观网络结构，与本体材料相比，它具有诸如独特的尺寸效应、对外界刺激的快速响应行为等众多独特的物理化学性质，因此在各个领域具有广泛的应用前景。目前用途比较广泛的微凝胶主要有聚丙烯酰胺类、聚乙烯基吡咯烷酮类微凝胶，在水中它们具有良好的溶胀性，从而使得其可作为一种可注射性的组织修复材料，但是这类微凝胶通常的缺点是力学性能不够，因此为了满足材料的力学性能，人们通常将少量的带电单体与上述单体共聚得到带电微凝胶，但是这类微凝胶的缺点在于其力学状态受到环境离子强度的影响，因此应用能与受到极大的限制；为了解决这个问题，人们将黏土、无机纳米粒子等颗粒引入聚合过程中，制成有机-无机杂化微凝胶，这中微凝胶的力学性能的确得到一定程度的增强，但是该方法要求无机粒子与高分子之间有较强的相互作用，因此适用范围较窄。而且通常一个微凝胶里面含有多个无机纳米粒子。也有人想通过原位种子乳液聚合法制备具有核壳结构的微凝胶，但是在制备的过程中发现反应体系中二次成核严重，最终微凝胶的粒径分布太宽。

发明内容

本发明的目的是提供一种核壳微凝胶及其在改善胶体材料性能方面的应用。

本发明提供的制备具有核壳结构的微凝胶的方法，为如下方法一或方法二；

所述方法一包括如下步骤：

1)将乳化剂、油溶性单体和水溶性单体于水中得到水包油的乳液体系后，加入引发剂，在惰性气氛下进行聚合反应，反应完毕得到含有核的悬浮液；

2)将水溶性单体、交联剂和乳化剂加入步骤1)所得含有核的悬浮液中，再加入引发剂，在惰性气氛下进行聚合反应，反应完毕后透析，离心收集沉淀，得到所述具有核壳结构的微凝胶；

所述方法二包括如下步骤：

3)将水溶性单体、交联剂、乳化剂和引发剂于水中混匀，在惰性气氛下进行聚合反应，反应完毕后透析，离心收集沉淀，得到所述具有核壳结构的微凝胶。

上述方法中，方法二可制得只含有壳结构的微凝胶；

所述步骤1)至步骤3)中，乳化剂均选自十二烷基磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚和吐温20中的至少一种；

所述油溶性单体均选自苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸酯、氯乙烯和α-甲基苯乙烯中的至少一种；

所述引发剂均选自过硫酸钾和过硫酸铵中的至少一种；

所述水溶性单体均选自丙烯酰胺类单体和乙烯吡咯烷酮类单体中的至少一种；其中，所述丙烯酰胺类单体具体选自N,N’-二甲基丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺和丙烯酰胺中的至少一种；

所述乙烯吡咯烷酮类单体为乙烯基吡咯烷酮；

所述惰性气氛均为氩气或氮气气氛。

所述步骤2)和步骤3)中，所述交联剂为分子结构上含有两个碳碳双键的水溶性交联剂，具体可为亚甲基双丙烯酰胺。