聚(n-异丙基丙烯酰胺)/金纳米水凝胶的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于纳米复合水凝胶制备技术领域，涉及一种聚(N-异丙基丙烯酰胺)/金纳米水凝胶的制备方法。
【背景技术】
[0002]目前，贵金属纳米颗粒因其特殊的性能如:大比表面积、表面等离子特性、独特的光电特性、良好的催化性能、优异的磁性能等而备受关注。正是由于这些优异而独特的性能，为其在催化剂、光电子、传感器、智能材料以及生物材料等方面的应用提供了基础和无限的前景。为了扩展这些应用，水凝胶被广泛的应用为金属纳米颗粒的载体，形成纳米复合水凝胶。纳米复合水凝胶将纳米材料新颖的性能(如表面等离子体共振、磁性、电学性能、催化性能、光学性能、力学性能等)与水凝胶独特的性能(如高含水量、对于外界刺激如温度、PH等改变发生相应的可逆相变等)结合起来；不仅克服了单一材料的性能弱点，保留和改进原材料的重要性能特色；还通过复合效应，得到单一材料所不具备的新性能。因而纳米复合水凝胶在很多领域如:电子、催化剂、传感器、生物医学、纳米器件、智能材料等方面吸引了科研工作者浓厚的兴趣。
[0003]制备纳米复合水凝胶常用的方法通常是分别制备纳米材料与水凝胶，然后通过物理或者化学的方法将两者复合起来；或者是预先制备好的纳米材料与水凝胶的前驱体结合起来接着凝胶化。Willner等报道了通过“呼-吸”原理将AuNPs引入聚丙烯酰胺凝胶中。主要依据是水凝胶在丙酮中是收缩的，而在含有柠檬酸盐稳定的13nm的AuNPs水溶液中是溶胀的。通过多次的收缩-溶胀过程形成纳米复合水凝胶。最近的研究工作已经直接利用水凝胶的三维网络结构进行原位合成金属纳米颗粒。也就是说三维网络结构的水凝胶作为纳米颗粒合成的反应器。Langer等先功能化聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)水凝胶，利用功能基团(如硫醇)与Au3+形成复合物，将金属离子负载功能化水凝胶中，随后加入还原剂，则在水凝胶中直接合成了金纳米颗粒。然而，这样的合成即分开制备纳米材料与水凝胶需要多步反应，合成相对较复杂，复合水凝胶的性能、纳米颗粒的分散以及大小等比较难控制，因而寻找新的简单有效的制备方法显得非常具有意义。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种聚(N-异丙基丙烯酰胺)/金纳米水凝胶的制备方法，解决现有聚(N-异丙基丙烯酰胺)/金纳米水凝胶合成相对较复杂、纳米颗粒大小难控制的问题。
[0005]本发明所采用的技术方案是，聚(N-异丙基丙烯酰胺)/金纳米水凝胶的制备方法，具体按以下步骤实施:
[0006]步骤1，称取一定量的N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)单体，按质量比1:10加入蒸馏水中，搅拌溶解后，倒入辐照瓶中；
[0007]步骤2，向福照瓶中加入lwt%& HAuCl4水溶液,充氮气1min,密闭；
[0008]步骤3，将密闭的辐照瓶在室温下放于辐射源6°Co中进行辐照；
[0009]步骤4，将得到的复合水凝胶移出辐照瓶，用蒸馏水洗涤，即得到聚(N-异丙基丙烯酰胺)/金纳米水凝胶。
[0010]本发明的特点还在于，
[0011]其中步骤2中lwt% KHAuCl4与PNIPAM质量比为15?20:1。
[0012]其中步骤3中辐照时间为24?48h。
[0013]其中步骤4中蒸馏水的洗涤时间为3?5天。
[0014]本发明的有益效果是，将单体水溶液与金属离子混合后，利用Y射线引发，“一步”法合成复合水凝胶。在这个反应中，金属离子的还原与单体的聚合同时原位发生。合成过程容易、简单。与普通的化学合成方法相比，无需任何的引发剂、交联剂、或者还原剂等，产物更加纯净。此外，通过调节NIPAM单体的浓度,可控制合成复合水凝胶中纳米颗粒的大小。
【具体实施方式】
[0015]下面结合【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0016]聚(N-异丙基丙烯酰胺)/金纳米水凝胶的制备方法，具体按以下步骤实施:
[0017]步骤1，称取一定量的N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)单体，按质量比1:10加入蒸馏水中，搅拌溶解后，倒入辐照瓶中；
[0018]步骤2，按与PNIPAM质量比为15?20:1向辐照瓶中加入Iwt %的HAuCl4水溶液，充氮气lOmin，密闭；
[0019]步骤3，将密闭的辐照瓶在室温下放于辐射源6°Co中进行辐照，辐照时间为24?48h ；
[0020]步骤4，将得到的复合水凝胶移出辐照瓶，用蒸馏水洗涤3?5天，即得到聚(N-异丙基丙烯酰胺)/金纳米水凝胶。
[0021]本发明通过Y射线引发的原位聚合反应成功的制备了聚(N-异丙基丙烯酰胺)/金纳米水凝胶。在聚合时，只需要将NIPAM单体与Au3+混合在水溶液中，而无需加入任何的引发剂、交联剂、还原剂等，就可以通过Y射线引发聚合所得的，因而复合水凝胶更加的纯净。此外，通过调节NIPAM单体的浓度,可控制合成复合水凝胶中纳米颗粒的大小。
[0022]制备过程中，Y射线电离辐射使水发生电离和激发，生成还原性粒子.H自由基、水合电子和.0Η自由基等粒子。这些初级粒子为后面反应中的聚合以及金属离子还原等提供了基础。当射线辐照单体水溶液时，单体自由基产生。产生的单体自由基引发聚合反应。进一步的辐照，正在增长的聚合物分子链上也会产生自由基，一方面是因为Y射线的直接辐照产生，另一方面是因为初级粒子与聚合物分子链的相互作用产生。这些聚合物分子链上的自由基之间的相互作用最终导致了聚合物的交联，形成三维网络结构。此外，Y射线电离福射水产生的初级粒子都是非常强的还原剂，能够将金属离子还原成金属纳米颗粒。
[0023]实施例1
[0024]聚(N-异丙基丙烯酰胺)/金纳米水凝胶的制备方法，具体按以下步骤实施:
[0025]步骤1，称取IgN-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)单体，加入1g蒸馏水中，搅拌溶解后，倒入辐照瓶中；
[0026]步骤2，向福照瓶中加入15glwt%& HAuCl4水溶液,充氮气1min,密闭；
[0027]步骤3，将密闭的辐照瓶在室温下放于辐射源6°Co中进行辐照，辐照时间为24h ；
[0028]步骤4，将得到的复合水凝胶移出辐照瓶，用蒸馏水洗涤3天，即得到聚(N-异丙基丙烯酰胺)/金纳米水凝胶。
[0029]实施例2
[0030]聚(N-异丙基丙烯酰胺)/金纳米水凝胶的制备方法，具体按以下步骤实施:
[0031]步骤1，称取2gN_异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)单体，加入20g蒸馏水中，搅拌溶解后，倒入辐照瓶中；
[0032]步骤2,向福照瓶中加入34glwt%& HAuCl4水溶液,充氮气1min,密闭；
[0033]步骤3，将密闭的辐照瓶在室温下放于辐射源6°Co中进行辐照，辐照时间为36h ；
[0034]步骤4，将得到的复合水凝胶移出辐照瓶，用蒸馏水洗涤4天，即得到聚(N-异丙基丙烯酰胺)/金纳米水凝胶。
[0035]实施例3
[0036]聚(N-异丙基丙烯酰胺)/金纳米水凝胶的制备方法，具体按以下步骤实施:
[0037]步骤I，称取2.5gN-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)单体，加入25g蒸馏水中，搅拌溶解后，倒入辐照瓶中；
[0038]步骤2，向辐照瓶中加入50glwt%的HAuCl4水溶液，充氮气lOmin，密闭；
[0039]步骤3，将密闭的辐照瓶在室温下放于辐射源6°Co中进行辐照，辐照时间为48h ；
[0040]步骤4，将得到的复合水凝胶移出辐照瓶，用蒸馏水洗涤5天，即得到聚(N-异丙基丙烯酰胺)/金纳米水凝胶。
【主权项】
1.聚(N-异丙基丙烯酰胺)/金纳米水凝胶的制备方法，具体按以下步骤实施: 步骤I称取一定量的N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)单体，按质量比1:10加入蒸馏水中，搅拌溶解后，倒入辐照瓶中； 步骤2，向辐照瓶中加入lwt%& HAuCl4水溶液，充氮气lOmin，密闭； 步骤3，将密闭的辐照瓶在室温下放于辐射源6°Co中进行辐照； 步骤4，将得到的复合水凝胶移出辐照瓶，用蒸馏水洗涤，即得到聚(N-异丙基丙烯酰胺)/金纳米水凝胶。2.根据权利要求1所述的聚(N-异丙基丙烯酰胺)/金纳米水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤2中所述lwt% KHAuCl4与PNIPAM质量比为15?20:1。3.根据权利要求1所述的聚(N-异丙基丙烯酰胺)/金纳米水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤3中所述辐照时间为24?48h。4.根据权利要求1所述的聚(N-异丙基丙烯酰胺)/金纳米水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤4中所述蒸馏水的洗涤时间为3?5天。
【专利摘要】本发明公开了一种聚(N-异丙基丙烯酰胺)/金纳米水凝胶的制备方法，具体按以下步骤实施：称取一定量的N-异丙基丙烯酰胺单体，加入蒸馏水中搅拌溶解后，倒入辐照瓶中；向辐照瓶中加入1wt％的HAuCl4水溶液，充氮气10min，密闭；将密闭的辐照瓶在室温下放于辐射源60Co中进行辐照；将得到的复合水凝胶移出辐照瓶，用蒸馏水洗涤，即得到聚(N-异丙基丙烯酰胺)/金纳米水凝胶。本发明将单体水溶液与金属离子混合后，利用γ射线引发合成复合水凝胶。反应中，金属离子的还原与单体的聚合同时原位发生。与普通的化学合成方法相比，本发明无需任何的引发剂、交联剂、或者还原剂等，产物更加纯净。
【IPC分类】C08F2/46, C08K3/08, C08F120/54
【公开号】CN105566538
【申请号】CN201410550112
【发明人】齐海港
【申请人】西安艾菲尔德复合材料科技有限公司
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2014年10月15日