[發明專利]一種具有近紅外光熱轉化響應性熱凝膠的制備方法

在審

• 申請號: 202011598598.0
• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN112521635A
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發明（設計）人: 姚伯龍;范世龍;溫焱焱;王露;曾婷
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: C08J3/075
• 分類號: C08J3/075;C08L29/04;C08L71/02;C08K5/098
• 代理公司: 無錫市大為專利商標事務所(普通合伙) 32104
• 代理人: 時旭丹;張仕婷

一種具有近紅外光熱轉化響應性熱凝膠的制備方法，屬于智能材料技術領域。本發明將含羥基親水性聚合物與過渡金屬乙酸鹽混合，制備具有固有近紅外光熱響應特性的含羥基親水性聚合物/過渡金屬乙酸鹽熱凝膠。本發明通過混合加熱的方式即可合成具備近紅外光吸收性能的熱凝膠，且該凝膠具有可逆現象。本發明制備過程簡單，無需對含羥基親水性聚合物進行額外的化學修飾或摻入額外的試劑，不需要復雜的設備，應用場景廣泛。

技術領域

本發明涉及一種具有近紅外光熱轉化響應性熱凝膠的制備方法，屬于智能材料技術領域。

背景技術

作為最有前途的智能材料之一，刺激響應性凝膠的特點是能夠對外界刺激作出反應，例如溫度、離子強度、光、pH、電/磁場等。其中，熱凝膠吸引了相當大的興趣，因為一旦溫度超過臨界點，熱凝膠便會經歷物理的溶膠-凝膠轉變。目前，制備熱凝膠體系最常用的策略是將熱敏聚合物摻入系統中。例如由親水性聚乙二醇和疏水性聚環氧丙烷、聚乙交酯或聚ε-己內酯等組成的兩親嵌段共聚物的水溶液可以自組裝成聚合物膠束，加熱后，能引起可逆的溶膠-凝膠轉變。然而，這種方法有兩個固有的缺點：（1）它通常需要繁瑣的聚合物合成，很費時間；（2）溶膠-凝膠轉變幾乎不受光，電和磁性等遠程刺激的誘導，這使得難以準確、遠程地控制熱凝膠的性能。

為了通過遠程刺激實現可控性，一種可行的方法是將具有能量轉換能力的添加劑引入聚合物基體，這種添加劑可以將遠程能量轉換為局部熱量。例如金屬納米顆粒、石墨烯等近紅外（NIR）光誘導的光熱轉換試劑。然而，由于光熱轉換試劑在聚合物基質中的溶解性差，因此這種物理摻雜策略面臨這樣的難題：摻雜百分比的增加通常會引起相分離，而降低摻雜百分比會降低光熱轉換效率。因此，在沒有繁瑣的聚合物合成的情況下制造具有固有的NIR光響應的熱凝膠仍然是一個挑戰。

發明內容

本發明的目的是克服上述不足之處，提供一種具有近紅外光熱轉化響應性熱凝膠的制備方法，制備所得熱凝膠顯示出高的光熱轉化效率和可逆的溶膠-凝膠轉變行為。制備所得熱凝膠可以通過近紅外（NIR）光的遠程刺激來精確地控制凝膠性質，溫度升高時發生原位溶膠-凝膠轉變。

本發明的技術方案，一種具有近紅外光熱轉化響應性熱凝膠的制備方法，其將含羥基親水性聚合物與過渡金屬乙酸鹽混合，制備具有固有NIR光熱響應特性的含羥基親水性聚合物/過渡金屬乙酸鹽熱凝膠。

進一步地，步驟為：在室溫、磁力攪拌條件下，將含羥基親水性聚合物溶于去離子水中，高溫攪拌，得到均勻的透明溶液；冷卻至室溫后，向溶液中添加過渡金屬乙酸鹽作為光響應添加劑，混合均勻形成透明反應溶液；使用透明板材來制備中空雙層容器，注入反應溶液并用膠密封制備得到含羥基親水性聚合物/過渡金屬乙酸鹽熱凝膠。

進一步地，所述含羥基親水性聚合物為聚乙二醇、聚四氫呋喃或聚氧化丙烯二醇。

進一步地，所述過渡金屬乙酸鹽具體為Cu(OAc)₂、Cr₂(OAc)₃或Fe(OAc)₂。

進一步地，所述透明板材為聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯。

具體步驟如下：

（1）室溫，350-450r/min的攪拌下，按照質量濃度為2%-20%，取含羥基親水性聚合物加入去離子水中；升溫至80-100℃，350-450r/min連續攪拌1-3h，得到均勻的透明溶液，冷卻至室溫；

（2）在步驟（1）所得溶液中添加過渡金屬乙酸鹽，金屬離子的摩爾量應小于含羥基親水性聚合物的摩爾量；300 r/min攪拌2 h，混合均勻形成透明溶液，即為含羥基親水性聚合物/過渡金屬乙酸鹽熱凝膠反應溶液；

（3）使用透明板材來制備中空雙層容器，注入步驟（2）所得反應溶液并用膠密封完成樣品制備。

進一步地，步驟（2）中所述含羥基親水性聚合物:金屬離子的摩爾量比例為5-40:1。