一种响应性聚(N-异丙基丙烯酰胺)/金棒/木纤维复合材料的制备方法与流程

本发明涉及一种响应性聚(n-异丙基丙烯酰胺)/金棒/木纤维复合材料的制备方法，属于有机/无机复合功能材料技术领域。

背景技术：

材料的刺激响应驱动行为对于各种应用是非常有趣而广泛的，包括传感、控制药物释放、组织工程、生物医学和一些响应性的功能材料。特别有趣的驱动材料是聚合物。在所有刺激反应的例子中由于温度是最适合工作的刺激因素，因此热敏响应的聚合物致动器值得特别关注。热触发的致动聚合物薄膜通常具有分层或图案化结构，其中一层是热响应性聚合物，显示出温度依赖性可逆膨胀和在水中消溶胀。pnipam是一种众所周知的热响应聚合物，在水中显示温度依赖性相分离(低临界溶解温度：lcst＝32℃)，广泛用于热响应设计执行器。交联的pnipam分别在低于和高于lcst的水中溶胀和消溶。

最近一些关于使用pnipam等温度响应性聚合物制造的研究已经开展，例如许多无机纳米颗粒au、ag和氧化石墨烯等已被掺入pnipam水凝胶中，所得复合材料在各种应用中具有越来越重要的作用，包括光学，磁性，机械强化，传感器和药物输送等，但是所报道的材料具有响应速度慢、可拉伸强度差等缺点。

静电纺丝是制造具有大表面积和孔隙率的纳米纤维的有效方法。与传统的大块薄膜相比，具有非常细直径，高表面积与体积比和孔隙率的静电纺丝纳米纤维非常有希望用于转移刺激和质量传递。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种响应性聚(n-异丙基丙烯酰胺)/金棒/木纤维复合材料的制备方法，材料制备过程具有良好的重复性和可调性，所制的复合材料具有高的拉伸强度和快的响应速率等良好的优点。

本发明响应性聚(n-异丙基丙烯酰胺)/金棒/木纤维复合材料的制备方法，首先将pnipam加入到dmf溶液中，磁力搅拌溶解后加入木纤维和金棒分散液，随后加入emi和poss，获得电纺溶液，再通过静电纺丝技术获得pnipam/金棒/木纤维复合纳米薄膜，进一步在真空干燥箱中交联，获得具有高强度、光和热响应性的复合材料。具体包括如下步骤：

步骤1：将0.4-0.8gpnipam加入到4-8mldmf中，磁力搅拌溶解4-8h；

步骤2：向步骤1得到的溶液中加入0.2-2ml木纤维的dmf分散液，搅拌2-4h；

步骤3：向步骤2得到的溶液中加入0.5-4ml金棒的dmf分散液，搅拌1-3h；

步骤4：将100-200mgposs和4-7mgemi加入步骤3得到的溶液中，搅拌1-3h，获得静电纺丝前驱物溶液；

步骤5：将步骤4得到的前驱物溶液倒入10ml注射器中，静电纺丝获得pnipam/金棒/木纤维复合纳米薄膜；

步骤6：将步骤5得到的pnipam/金棒/木纤维复合纳米薄膜置于真空干燥箱中，交联后获得响应性复合纳米材料。

进一步地，步骤1中pnipam的添加量为0.5-0.7g，dmf的体积为5-7ml。

进一步地，步骤2中木纤维的dmf分散液的添加体积为0.2-1ml。

进一步地，步骤3中金棒的dmf分散液的添加体积为1-3ml。

进一步地，步骤4中搅拌时间为2h。

步骤5中，静电纺丝参数设置为：电压8.0-13.0kv，喷丝头与接收屏之间的距离12-22cm，流速为0.5-0.9ml/h。进一步优选为：电压10.0-12.0kv，喷丝头与接收屏之间的距离15-20cm，流速为0.6-0.8ml/h。

步骤6中，交联温度为120-180℃，交联时间为2-6h。进一步优选为：交联温度为140-170℃，交联时间为3-4h。

本发明制得的响应性聚(n-异丙基丙烯酰胺)/金棒/木纤维复合材料中，聚(n-异丙基丙烯酰胺)、金棒、木纤维之间的质量比为40-80：10-20：1-3。

与已有技术相比较，本发明的有益效果体现在：

本发明制备的响应性聚(n-异丙基丙烯酰胺)/金棒/木纤维复合材料具有高的拉伸强度和快的响应速率等良好的优点，材料制备过程具有良好的重复性和可调性。

附图说明

图1为本发明实施例1中步骤(3)所获得的pnipam纳米纤维的扫描电子显微镜图片。

图2为本发明实施例2中步骤(2)所配制的木纤维的透射电子显微镜图片。

图3为本发明实施例2中步骤(3)所配制的金棒的透射电子显微镜图片。

图4为本发明实施例2中步骤(5)所获得的pnipam/金棒/木纤维的复合纳米材料薄膜的扫描电子显微镜图片。

图5为本发明实施例2中步骤(5)所获得的pnipam/金棒/木纤维的复合纳米材料薄膜的透射电子显微镜图片。

图6为本发明实施例2中步骤(6)所获得的具有响应性的纳米复合材料的扫描电子显微镜图片。

图7为本发明实施例1中步骤(4)获得的材料放入60℃热水前和后的响应性的光学照片图片。

图8为本发明实施例2中步骤(6)获得的材料放入60℃热水前和后的响应性的光学照片图片。

图9为实施例2获得的材料在红外光的照射下获得的光学照片。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，下述实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用试剂、材料等如无特殊说明，均可从商业途径获得。

下述实施例中，所述静电纺丝是指将制备的前驱物溶液倒入注射器内，注射器安置在注射泵内，由注射泵以一定速率推进液体，同时直流电源接在针头处进行静电纺丝，所得纤维用铜收集，经过一段时间，即可在铜网上剥离，得到含有pinapm/金棒/木纤维的纺丝薄膜，放到真空烘箱中处理即可获得理想的的响应性复合材料。其中试验中所用的双注射泵为美国harvad公司生产phd22/2000，离心机为上海安亭科学仪器厂生产的anketgl-10b，电纺的直流高压电源由北京生产的est705高精度高稳定静电高压发生器(0-60kv)提供，真空干燥箱为上海精宏实验设备有限公司生产的dzf-6020，透射电子显微镜为日本生产的jeol-f2010，扫描电子显微镜为德国生产的zeisssupra40，磁力搅拌器为江苏金坛市金城国胜实验仪器厂生产的cjj-931四联加热磁力搅拌器。本实验所用药品未经任何处理直接使用。

实施例1：

1、将0.6gpnipam加入到4mldmf溶液中，通过磁力搅拌器搅拌溶解，搅拌时间在5h；

2、将200mgposs和4mgemi加入步骤1得到的溶液中，搅拌2h，获得静电纺丝前驱物溶液；

3、将步骤2得到的前驱物溶液倒入10ml注射器中，静电纺丝获得pnipam纳米纤维薄膜；静电纺丝参数设置为：电压11.0kv，喷丝头与接收屏之间的距离15cm，流速为0.8ml/h；

4、将步骤3得到的pnipam纳米纤维薄膜置于真空干燥箱中，160℃下交联4h，获得响应性复合纳米材料。

实施例2：

1、将0.6gpnipam加入到4mldmf溶液中，通过磁力搅拌器搅拌溶解，搅拌时间在5h；

2、向步骤1得到的溶液中加入0.3ml木纤维的dmf分散液，搅拌2h；

3、向步骤2得到的溶液中加入2ml金棒的dmf分散液，搅拌2h；

4、将200mgposs和4mgemi加入步骤3得到的溶液中，搅拌2h，获得静电纺丝前驱物溶液；

5、将步骤4得到的前驱物溶液倒入10ml注射器中，静电纺丝获得pnipam/金棒/木纤维复合纳米薄膜；静电纺丝参数设置为：电压11.0kv，喷丝头与接收屏之间的距离15cm，流速为0.8ml/h；

6、将步骤5得到的pnipam/金棒/木纤维复合纳米薄膜置于真空干燥箱中，160℃下交联4h，获得响应性复合纳米材料。

图1为本发明实施例1中步骤(3)所获得的pnipam纳米纤维的扫描电子显微镜图片。

图2为本发明实施例2中步骤2所配制的木纤维的透射电子显微镜图片。根据图2可以看出所制备的木纤维粗细均一且直径特别的小，易于分散到dmf溶剂中。

图3为本发明实施例2中步骤3所配制的金棒的透射电子显微镜图片。根据图3可以看出所制备的金棒长80nm，宽20nm左右，且大小均一。

图4为本发明实施例2中步骤5所获得的pnipam/金棒/木纤维的复合纳米材料薄膜的扫描电子显微镜图片。根据图4可以看出制备的纳米纤维材料直径均一，大约在700nm左右。

图5为本发明实施例2中步骤5所获得的pnipam/金棒/木纤维的复合纳米材料薄膜的透射电子显微镜图片。根据图5可以看出金棒在复合纳米纤维中均匀的分布。

图6为本发明实施例2中步骤6所获得的具有响应性的纳米复合材料的扫描电子显微镜图片。根据图6可以看出纤维与纤维之间发生交联，形成了错综复杂的网络结构。

图7为本发明实施例1中步骤4获得的材料放入60℃热水前和后的响应性的光学照片图片。根据图7可以看出材料具有收缩的现象发生证明pinipam材料具有响应性。

图8为本发明实施例2中步骤6获得的材料放入60℃热水前和后的响应性的光学照片图片。根据图8可以看出在材料中加入金棒以后材料的颜色由白色变成了黑色，同时响应性得到大幅度的提升。

图9为实施例2获得的材料在红外光的照射下获得的光学照片。根据图9可以看出在材料在红外光的照射下具有明显的快速收缩现象，这是由于金棒在光照的条件下产热带动pinipam的收缩。