CN107325470A - 一种纤维素纳米纤维增强苯硼酸基水凝胶及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纤维素纳米纤维增强苯硼酸基水凝胶及其制备方法。以功能性苯硼酸基乙烯基单体和乙烯基单体在纤维素纳米纤维分散液中通过自由基共聚得到。原料配比以质量份数计：水45~100份；纳米纤维素0.05~5份；功能性单体0.2~2份；主单体10~50份；交联剂0~0.5份；引发剂0.01~0.1份。自由基共聚条件为：加热引发聚合。本发明制备方法简单，通过改变水凝胶制备组分含量可以调控水凝胶性能；所得水凝胶保持了苯硼酸基水凝胶的制备简易性与可高度拉伸性，同时提高了水凝胶的刚性、强度与断裂能；所得水凝胶对葡萄糖浓度和pH具有刺激‑响应性。

Description

一种纤维素纳米纤维增强苯硼酸基水凝胶及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料技术，具体涉及一种纤维素纳米纤维增强苯硼酸基水凝胶及其制备方法。
背景技术
水凝胶是三维聚合物网络在水中高度溶胀形成的块状材料，含有大量游离水，兼有固态和液态的特性，在吸液和保水等方面的突出性能，在日常生活与工业生产中有着十分广泛的应用，是一种发展迅速的高分子材料。
苯硼酸基团与邻二羟基可以形成动态共价相互作用，具有葡萄糖刺激-响应性。公开号为：CN105732887A，发明名称为：“一种快速响应葡萄糖敏感水凝胶的制备方法”；公开号为：CN104328083A，发明名称为：“温度和糖双重敏感的水凝胶基材的制备方法及其应用”，公布了苯硼酸基单重或者多重刺激-响应水凝胶，在药物释放、组织工程等生物医药领域有很好的应用前景。
但是水凝胶用于生物医药领域时，需要满足一定的力学性能。传统小分子共价交联剂交联的苯硼酸基水凝胶呈现脆性，无法承受较大的应变或者应力，其应用受到限制。
发明内容
鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种纤维素纳米纤维增强苯硼酸基水凝胶及其制备方法，所述苯硼酸基水凝胶由功能性单体苯硼酸基乙烯基单体与主单体乙烯基单体在纤维素纳米纤维分散液中共聚而成，利用纤维素纳米纤维的高强度和高模量的特点，保持了苯硼酸基水凝胶的制备简易性与可高度拉伸性，同时大幅提高了水凝胶的刚性、强度与断裂能，对葡萄糖浓度和pH具有刺激-响应性，通过改变主单体可以使水凝胶具有更多重刺激-响应性。
本发明采用的技术方案是：
一、一种纤维素纳米纤维增强苯硼酸基水凝胶
是以功能性苯硼酸基乙烯基单体和乙烯基主单体在纤维素纳米纤维分散液中通过自由基共聚得到。
所述功能性苯硼酸基乙烯基单体选自下述单体的一种、任意二种或者三种，其分子式如下：
所述主单体为丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺、丙烯酸羟乙酯中的一种、任意二种、任意三种或者四种。
二、一种纤维素纳米纤维增强苯硼酸基水凝胶的制备方法，该方法的步骤如下：
1)原料配比，以质量分数计：
2)自由基共聚条件为加热引发聚合：通入氮气或者氩气除氧30min，氮气或者氩气氛围下转移至模具中，加热温度45～80℃，加热时间4～48h。
所述所述纤维素纳米纤维为存在一个维度在1～100nm的纤维素及其衍生材料，为纤维素纳米纤维或者纤维素纳米晶。
所述交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺或者聚乙二醇二丙烯酸酯。
所述引发剂为过硫酸铵或者过硫酸钾。
本发明具有的有益效果是：
1)本发明通过自由基共聚法制备纤维素纳米纤维增强苯硼酸基水凝胶，制备方法简单，通过改变水凝胶制备组分含量可以调控水凝胶性能；
2)所得水凝胶为氢键交联水凝胶，水凝胶保持了苯硼酸基水凝胶的制备简易性与可高度拉伸性，同时大幅提高了水凝胶的刚性、强度与断裂能；
3)所得水凝胶对葡萄糖浓度和pH具有刺激-响应性，通过改变主单体可以使水凝胶具有更多重刺激-响应性。
本发明所述方法旨在选用功能性苯硼酸基乙烯基单体和乙烯基主单体，在纤维素纳米纤维分散液中通过自由基共聚法得到力学性能优异的功能性水凝胶，从而实现水凝胶在生物医药和智能材料等方面的应用。
具体实施方式
下面是本发明的实施例，但本发明的实施方式不限于此。
对比例1：
将0.842g丙烯酰胺和20mg 3-丙烯酰氨基苯硼酸，溶于5.0mL去离子水中，加入2.7mg过硫酸铵，鼓入氩气除氧30min，氩气氛围下转移至模具中，放入烘箱中65℃下反应8h，即可得到苯硼酸基水凝胶。
实施例1：
将1.35g丙烯酰胺和32mg 3-丙烯酰氨基苯硼酸，溶于含40mg纤维素纳米纤维的8.0mL去离子水中，加入4.4mg过硫酸铵，鼓入氩气除氧30min，氩气氛围下转移至模具中，放入烘箱中65℃下反应8h，即可得到纤维素纳米纤维增强苯硼酸基水凝胶。
实施例2：
将1.35g丙烯酰胺和32mg 3-丙烯酰氨基苯硼酸，溶于含20mg纤维素纳米纤维的8.0mL去离子水中，加入4.4mg过硫酸铵，鼓入氩气除氧30min，氩气氛围下转移至模具中，放入烘箱中65℃下反应8h，即可得到纤维素纳米纤维增强苯硼酸基水凝胶。
实施例3：
将1.35g丙烯酰胺和32mg 4-丙烯酰氨基苯硼酸，溶于含40mg纤维素纳米纤维的8.0mL去离子水中，加入4.4mg过硫酸铵，鼓入氩气除氧30min，氩气氛围下转移至模具中，放入烘箱中65℃下反应8h，即可得到纳米纤维素增强苯硼酸基水凝胶。
实施例4：
将1.35g丙烯酰胺和60mg 4-(2-丙烯酰胺基乙基氨基甲酰)-3-氟苯硼酸，溶于含40mg纤维素纳米纤维的8.0mL去离子水中，加入4.4mg过硫酸铵，鼓入氩气除氧30min，氩气氛围下转移至模具中，放入烘箱中65℃下反应8h，即可得到纳米纤维素增强苯硼酸基水凝胶。

Claims (7)

1.一种纤维素纳米纤维增强苯硼酸基水凝胶，其特征在于：是以功能性苯硼酸基乙烯基单体和乙烯基主单体在纤维素纳米纤维分散液中通过自由基共聚得到。
2.根据权利要求书1所述的一种纤维素纳米纤维增强苯硼酸基水凝胶，其特征在于：所述功能性苯硼酸基乙烯基单体选自下述单体的一种、任意二种或者三种，其分子式如下：
3.根据权利要求书1所述的一种纤维素纳米纤维增强苯硼酸基水凝胶，其特征在于：所述主单体为丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺、丙烯酸羟乙酯中的一种、任意二种、任意三种或者四种。
4.用于一种权利要求1、2或3所述的一种纤维素纳米纤维增强苯硼酸基水凝胶的制备方法，其特征在于，该方法的步骤如下：
1)原料配比，以质量分数计：
2)自由基共聚条件为加热引发聚合：通入氮气或者氩气除氧30min，氮气或者氩气氛围下转移至模具中，加热温度45～80℃，加热时间4～48h。
5.根据权利要求4所述的一种纤维素纳米纤维增强苯硼酸基水凝胶，其特征在于：所述所述纤维素纳米纤维为存在一个维度在1～100nm的纤维素及其衍生材料，为纤维素纳米纤维或者纤维素纳米晶。
6.根据权利要求4所述的一种纤维素纳米纤维增强苯硼酸基水凝胶，其特征在于：所述交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺或者聚乙二醇二丙烯酸酯。
7.根据权利要求4所述的一种苯硼酸基水凝胶的制备方法，其特征在于：所述引发剂为过硫酸铵或者过硫酸钾。
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