[發(fā)明專利]一種基于溫敏性聚合物的感溫貼及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210253516.1
• 申請(qǐng)日: 2022-03-15
• 公開（公告）號(hào): CN114539494A
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅春華;侯玉梅;楊棟;董秋靜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 阜陽師范大學(xué)
• 主分類號(hào): C08F299/00
• 分類號(hào): C08F299/00;C08F220/54;C08F120/54;C08F220/18
• 代理公司: 北京康思博達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11426
• 代理人: 張玉玲

本發(fā)明提供了一種基于溫敏性聚合物的感溫貼及其制備方法，其以N?異丙基丙烯酰胺、親水化合物和疏水化合物為原料，在引發(fā)劑的存在下，通過自由基共聚對(duì)聚N?異丙基丙烯酰胺進(jìn)行親疏水性改性，得到聚N?異丙基丙烯酰胺均聚物和一系列具有不同單體摩爾比的共聚物，上述聚合物均具有溫敏性，通過將上述聚合物分別進(jìn)行溶解、染色和封裝處理，得到具有溫敏性的感溫貼，可測(cè)量0～100℃的溫度區(qū)間，且該溫敏貼小巧、攜帶方便，可靈敏、快速的傳達(dá)環(huán)境溫度信息，具有良好的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及溫敏性聚合物材料領(lǐng)域，具體涉及一種基于共聚物相轉(zhuǎn)變材料及其制備方法。

背景技術(shù)

溫敏性聚合物(溫度響應(yīng)性聚合物)作為一類典型的刺激響應(yīng)性聚合物，在特定溫度下會(huì)發(fā)生體積相轉(zhuǎn)變，從而使其溶解狀態(tài)改變。這種體積相改變來源于聚合物水合狀態(tài)的改變，反映了存在于聚合物分子內(nèi)或分子間的氫鍵與水對(duì)聚合物的溶液化作用之間的競(jìng)爭(zhēng)情況。通過交聯(lián)聚合，可以獲得聚N-異丙基丙烯酰胺(NIPAM)類溫敏性水凝膠，通常含有親水性酰胺基和疏水性異丙基，具有隨溫度變化而發(fā)生可逆溶脹/收縮的特殊性質(zhì)，作為一種新型的智能材料得到廣泛的應(yīng)用。

聚(N-異丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)是一種對(duì)溫度刺激具有響應(yīng)性的高分子聚合物，通常稱之為溫敏性聚合物。溫敏性聚合物最顯著的特點(diǎn)是具有一定范圍的相轉(zhuǎn)變溫度，聚合物水溶液在其相轉(zhuǎn)變溫度以上或以下時(shí)，其物理化學(xué)特性有較大區(qū)別。由于聚N-異丙基丙烯酰胺的分子內(nèi)具有親水性的酰胺基和疏水性的異丙基，故含有聚N-異丙基丙烯酰胺嵌段的高分子聚合物具有最低臨界溶解溫度(LCST)，使聚N-異丙基丙烯酰胺聚合物在水中具有獨(dú)特的熱行為，在常溫下，線性聚N-異丙基丙烯酰胺溶于水形成均勻的溶液。在LCST以下時(shí)溫度降低，聚合物溶于水，水凝膠表現(xiàn)出親水性，發(fā)生溶脹效應(yīng)，在LCST以上溫度升高，聚合物溶解度下降，表現(xiàn)出疏水性，會(huì)發(fā)生消溶脹效應(yīng)。PNIPAM的LCST在32℃左右，當(dāng)其水溶液溫度低于32℃時(shí)，聚合物鏈處于伸展的水合狀態(tài)，其上的親水基團(tuán)與水分子形成分子間氫鍵，PNIPAM表現(xiàn)出親水性，水溶性良好；而當(dāng)水溶液溫度高于32℃時(shí)，聚合物鏈變成坍塌的去水合狀態(tài)且體積變成伸展?fàn)顟B(tài)下的10％左右，聚合物鏈內(nèi)部自身形成氫鍵，水分子被排斥在聚合物鏈之外，PNIPAM表現(xiàn)出疏水性，其水溶液由均相體系變成非均相體系。PNIPAM的LCST與聚合物分子量及溶液中聚合物濃度都無關(guān)，但可通過加入其它單體進(jìn)行共聚的方式來微調(diào)其親疏水性平衡，達(dá)到改變LCST的目的。

針對(duì)PNIPAM的研究，早期主要重點(diǎn)集中于LCST的相轉(zhuǎn)變理論研究，自上世紀(jì)80年代后，轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)其應(yīng)用領(lǐng)域的研究。當(dāng)PNIPAM與另一個(gè)親水性或疏水性基團(tuán)相結(jié)合形成共聚物時(shí)，其LCST可以在較大溫度內(nèi)調(diào)節(jié)。因其最低臨界溶解溫度與人體溫度較為接近且易于控制，可用于人類社會(huì)的各方面發(fā)展中，PNIPAM已經(jīng)在過去幾年迅速發(fā)展成為高分子界的熱點(diǎn)研究對(duì)象，且已經(jīng)被應(yīng)用于細(xì)胞培養(yǎng)，病毒檢測(cè)，溶質(zhì)分離，及光催化等方面。

發(fā)明內(nèi)容

基于上述技術(shù)背景，本發(fā)明人進(jìn)行了銳意進(jìn)取，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：分別將疏水化合物和親水化合物與N-異丙基丙烯酰胺進(jìn)行反應(yīng)，通過簡單的自由基溶液共聚反應(yīng)，在聚N-異丙基丙烯酰胺中分別引入親水基團(tuán)和疏水基團(tuán)，對(duì)其進(jìn)行親疏水性改性，通過調(diào)節(jié)共聚單體比例、共聚物水溶液濃度、添加鹽和顏料等手段，得到一系列LCST在0℃～100℃之間的可以發(fā)生快速相分離的溫敏性聚合物材料，基于上述溫敏性聚合物材料得到可視化的感溫貼，該感溫貼可對(duì)0℃～100℃范圍內(nèi)的溫度進(jìn)行測(cè)試，其體積較小，能快速和外界環(huán)境之間發(fā)生熱交換，實(shí)現(xiàn)快速測(cè)溫和精細(xì)測(cè)溫，同時(shí)通過向感溫貼中添加水溶性色素，使感溫貼更美觀，提高測(cè)溫的趣味性，從而完成本發(fā)明。

本發(fā)明第一方面在于提供一種基于溫敏性聚合物的感溫貼，該基于溫敏性聚合物的感溫貼主要以N-異丙基丙烯酰胺、親水化合物和疏水化合物為原料制備。

本發(fā)明第二方面在于提供一種本發(fā)明第一方面所述溫敏性聚合物的感溫貼的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

步驟1、在引發(fā)劑的存在下，N-異丙基丙烯酰胺和親水化合物反應(yīng)，得到PND聚合物；