[发明专利]一种多重响应性智能纳米纤维功能材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种多重响应性智能纳米纤维功能材料及其制备方法和应用，本发明利用N‑异丙基丙烯酰胺和N‑乙烯基己内酰胺两种温敏单体同时修饰聚乙烯亚胺后，再接枝于纤维素纳米纤维上，制备兼具良好的pH响应性和温度响应性的多重响应性智能纳米纤维功能材料，该材料分别在温度和pH的刺激响应条件下，均能实现超亲水与超疏水、超亲油与超疏油的智能转变，且该材料的低临界溶解温度能在30.5～31.5℃范围内实现可控调节。本发明的多重响应性智能纳米纤维功能材料可广泛应用于药物缓释、油水分离等领域。

技术领域

本发明属于纳米纤维改性技术领域，具体涉及一种多重响应性智能纳米纤维功能材料及其制备方法和应用。

背景技术

响应性智能材料因具有可切换润湿性智能响应表面引起了越来越多的关注。由于它们在众多应用(控制药物输送，细胞封装，油/水分离，微流体通道和传感器)中的突出特性，同时，伴随着科学技术和表面化学的不断发展，已经开发出越来越多具有可切换的水和/或油润湿性的智能表面。就变化机制而言，表面的润湿性转换可以通过表面化学成分和/或刺激敏感材料的表面形态的可逆变化来实现，以响应相应的外部刺激，例如光照射，温度，pH，溶剂，离子，电场等。

单响应材料表面的润湿性响应于一种刺激，从而实现超疏水/超亲水，超疏油/超亲油之间的相互转化，对于单响应材料来说很多领域的实际应用会受到限制，所以双响应/多响应材料的研究就有着举足轻重的意义。常见的双响应/多响应材料的响应性有温度/pH响应，光/pH响应，光/温度响应，溶剂/pH响应等。它们在材料表面控制的润湿性机理也是相互制约，相辅相成的。Cao等人通过甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMAEMA)的光引发自由基聚合成功地制备了热和pH双可控油/水分离材料。PDMAEMA水凝胶涂层网在某些温度和pH下显示出超亲水性和水下超疏油性。由于PDMAEMA水凝胶的双重响应性，所制备的网状物可以通过调节温度或pH选择性地将水与油/水混合物分离，并使水和油有序地透过网状物单独收集。水可以在55℃(pH＝7)和pH小于13(T＝25℃)下通过制备好的筛网，同时油保持在筛网上。当温度高于55℃或pH大于13时，PDMAEMA水凝胶的保水能力显着降低，溶胀体积减小。因此，油可以透过网状物并收集。Wu等人通过甲基丙烯酸2-二甲基氨基乙酯(DMAEMA)的表面引发原子转移自由基聚合(ATRP)，在棉织物上建立了具有智能控制和可重复使用的油/水分离功能的自清洁系统。该织物显示出高pH和热负荷，这很大程度上取决于PDMAEMA接枝率。通过调节pH或温度，织物从超亲水性(WCA≈0°)转变为高度疏水性(WCA≈130°)，因此该材料适用于分离富含水分或富含油的油/水混合物。具体而言，随着温度或pH的增加，织物从亲水性变为疏水性。转变温度约为45℃，转变pH约为7。织物在低pH或低温下达到超亲水性，在高温或高pH下达到疏水性，但较难达到超疏水性。该织物可吸附超过其自身重量4倍的油，并在酸性水中可逆地释放，使织物易于回收。

与单响应智能表面相比，双响应/多响应润湿性材料表面具有更多的优势，例如在功能，原理和适用环境等方面。但是，在制备双响应/多响应润湿性材料时，不同的刺激和外界的干扰对双响应/多响应润湿性材料的润湿性表达会产生巨大的影响，传统双响应智能材料不能同时兼备良好的pH响应性和温度响应性。

发明内容

为克服上述现有技术存在的不足，本发明提供一种多重响应性智能纳米纤维功能材料及其制备方法。本发明利用N-异丙基丙烯酰胺和N-乙烯基己内酰胺两种温敏单体同时修饰聚乙烯亚胺后，再接枝于纤维素纳米纤维上，制备兼具良好的pH响应性和温度响应性的多重响应性智能纳米纤维功能材料，该材料分别在温度和pH的刺激响应条件下，均能实现超亲水与超疏水、超亲油与超疏油的智能转变，且该材料的低临界溶解温度能在30.5～31.5℃范围内实现可控调节。

本发明的目的在于提供一种多重响应性智能纳米纤维功能材料；

本发明的另一目的在于提供上述多重响应性智能纳米纤维功能材料的制备方法；

本发明的再一目的在于提供上述多重响应性智能纳米纤维功能材料的应用。