[发明专利]一种四重形状记忆水凝胶及其制备方法

说明书

本发明提供一种四重形状记忆水凝胶及其制备方法，该四重形状记忆水凝胶是在聚丙烯酸的聚合物网状结构内包裹有分散的壳聚糖分子所构成，按质量份数计，是由下述原料混合所得悬浮液制备为水凝胶得到：壳聚糖混合溶液5～25份，去离子水5～20份，丙烯酸3～15份，引发剂0.1～1份，交联剂0.01～0.1份。本发明所提供的四重形状记忆水凝胶具有较好的物理特性及高速形状记忆、形状恢复的特点，其制备方法简单，反应时间可控。

技术领域

本发明属于水凝胶技术领域，涉及一种四重形状记忆水凝胶及其制备方法，尤其涉及分别具有氯化钠溶液响应性、氢氧化钠溶液响应性、金属离子响应性的四重形状记忆壳聚糖水凝胶及其制备方法。

背景技术

水凝胶是以水为分散介质，具有亲水性而又不溶于水且能够吸收大量水分具有交联结构的高分子聚合物材料。形状记忆水凝胶是一类智能、柔软和潮湿的材料，具有形状记忆的能力，并响应于外部刺激而恢复到原来的形状。形状记忆水凝胶作为一种新兴材料，具有较为广阔的发展前景，具有变形度高、质轻、成本相对较低且易加工的特点，在骨组织修复等医疗领域、机器软关节材料等材料领域都具有较佳的应用前景，但目前形状记忆水凝胶的普遍存在力学强度不足、耐压缩性不好的缺点，因此大部分研究仍处于摸索阶段，无法投入实际应用。并且，传统的形状记忆水凝胶往往要在pH值、温度、光、电、磁场、生物分子等环境条件的影响下发生形状记忆效应，此外目前传统的形状记忆水凝胶多是二重和三重形状记忆水凝胶。尽管近年来对多重形状记忆水凝胶的研究进展迅速，可是在常温下直接使用简单的化学溶液进行多重形状记忆仍旧较为罕见。

现有技术中，2016年文献《A multi-responsive hydrogel with a triple shapememory effect based on reversible switches》一文中公开了一种三重形状记忆水凝胶，其主要原料是丙烯酰胺、壳聚糖和氧化葡萄糖，其制备方法是将原料与交联剂、引发剂充分混合后加热即可。该文献所制备得到的三重形状记忆水凝胶，分别在碱性条件下及与金属离子发生络合反应条件下固定临时形状，并能够恢复为原始形状。但是，上述三重形状记忆凝胶仍存在若干缺陷因此不具备工业应用前景，例如响应时间长、力学性能不足等缺陷，并且其仅能实现三重形状记忆。

形状记忆水凝胶在实际运用中，其可实现形状记忆的重数越多，可运用的范围就越广，响应时间的长短更是直接影响到材料的灵敏性，力学性能在用于机器手臂等领域时则会直接影响到设备的承重能力。因此，若有一种形状记忆水凝胶能够具备三重以上的形状记忆功能，且具有较短的响应时间及较好的力学性能，将具有一定的市场应用前景及对于整个行业研究起到推进作用。

发明内容

为了解决现有技术中的缺点，本发明提供一种四重形状记忆水凝胶及其制备方法，该水凝胶具有较好的物理特性及高速形状记忆、形状恢复的特点，其制备方法简单，反应时间可控。

为实现上述目的，本发明是采用由以下技术措施构成的技术方案来实现的。

一种四重形状记忆水凝胶，是在聚丙烯酸的聚合物网状结构内包裹有分散的壳聚糖分子所构成，按质量份数计，是由下述原料混合所得悬浮液制备为水凝胶得到：

其中，按质量份数计，所述壳聚糖混合溶液是在100份pH为4～6的弱酸溶液加入2～6份壳聚糖，搅拌至少12h，待壳聚糖溶解后，即得。

上述四重形状记忆水凝胶的制备方法，按质量份数计，其制备步骤包括：

(1)将弱酸与去离子水混合配制pH为4～6的弱酸溶液；

(2)在100份步骤(1)所得弱酸溶液中加入2～6份壳聚糖，搅拌至少12h，待壳聚糖溶解后，即得壳聚糖混合溶液；