[发明专利]一种具有近红外响应温度敏感特性的水凝胶复合材料及其制备方法

说明书

本发明属于功能化凝胶复合材料领域，具体公开了一种具有近红外响应温度敏感特性的水凝胶复合材料，主要由以下原料制成：聚合单体、聚多巴胺、纳米纤维素、交联剂和引发剂；所述聚合单体由2‑甲基‑2‑丙烯酸‑2（2‑甲氧基乙氧基）乙酯和寡聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸甲酯按摩尔比（50～100）:（0～50）混成。本发明制备的水凝胶复合材料具有良好韧性和机械强度，在进行近红外光照射后，可迅速升温并发生相转变，撤去光照后可快速恢复初始状态，且具有优异的可重复性。同时，本发明还公开了该水凝胶复合材料的制备方法，该制备方法过程简单，易于操作，反应条件温和。

技术领域

本发明属于功能化凝胶复合材料领域，具体涉及一种具有近红外响应温度敏感特性的水凝胶复合材料及其制备方法。

背景技术

水凝胶是由聚合物通过物理或化学交联得到的一类含有大量水的具有三维网状结构的软物质材料，自然界中的水母、海参，人类的肌肉等都属于水凝胶的范畴，水凝胶在仿生、传感器、致动器、组织工程、药物缓释等诸多领域具有广泛应用。

具有智能响应特性的水凝胶性材料可以通过外界环境如光、热、磁、离子强度等刺激改变凝胶结构和物理状态变化。如最常见的具有温度敏感的聚异丙基丙烯酰胺（Poy(N-Isopropryl acrylamide), PNIPAM）水凝胶，当水凝胶的环境温度超过其相变温度（32 ℃）时，聚合物链段与水分子形成的氢键被部分破坏，链段由舒展态变为密实的线团或球形，疏水基团外露，水分子也会被排挤出坍塌的凝胶网络，该类水凝胶会在宏观物理状态上发生体积收缩，因此在致动器或药物缓释方面具有潜在应用。相比于酰胺类水凝胶，基于烷氧醚类（Oligo（ethylene glycol））的水凝胶由于其优异的生物相容性以及相变温度可调性而备受关注，然而机械强度低和只能通过温度诱导相变是制约该类水凝胶应用的重要因素。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有良好机械强度且具备光热转换效应的近红外响应温度敏感特性的水凝胶复合材料，提供相应的制备方法则是本发明的另一个目的。

基于上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种具有近红外响应温度敏感特性的水凝胶复合材料，主要由以下原料制成：聚合单体、聚多巴胺（PDA）、纳米纤维素、交联剂和引发剂；所述聚合单体为2-甲基-2-丙烯酸-2（2-甲氧基乙氧基）乙酯（MOE₂MA）或2-甲基-2-丙烯酸-2（2-甲氧基乙氧基）乙酯（MOE₂MA）与寡聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸甲酯（OEGMA）的混合物，2-甲基-2-丙烯酸-2（2-甲氧基乙氧基）乙酯（MOE₂MA）与寡聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸甲酯（OEGMA）的摩尔比为（50～100）:（0～50）。

进一步地，所述OEMGA根据重复单元-(CH₂CH₂O)-不同，分子量为300、475或950 g/mol。

进一步地，所述原料还包括增速剂，所述增速剂的添加量为聚合单体总质量的0.1%～0.4%。

优选地，所述聚多巴胺为50～500 nm的聚多巴胺纳米颗粒，聚多巴胺的添加量为聚合单体总质量的0.10%～0.60%；纳米纤维素的添加量为聚合单体总质量的0.66%～2%，更加优选地，纳米纤维素的添加量为聚合单体总质量的2%；交联剂的添加量为聚合单体总质量的0.06%～0.16%；所述引发剂的添加量为聚合单体总质量0.25%～0.80%。

优选地，所述聚多巴胺为多巴胺在乙醇/水/氨水的混合溶剂中自身氧化聚合的产物。

优选地，所述纳米纤维素为纤维素纳米晶体和/或纤维素纳米纤维。

优选地，所述纤维素纳米晶体由微晶纤维素经强酸水解，透析纯化后得到，以水性悬浮液状态存在，悬浮液中纤维素纳米晶体的浓度为2%，悬浮液中纤维素纳米晶体的直径为10～30 nm，长度为100～400 nm。