[发明专利]一种具有梯度多孔结构的水凝胶的制备方法

说明书

本发明提供了一种具有梯度多孔结构的水凝胶的制备方法，步骤如下：往洗涤剂水溶液加入水凝胶进行溶解；搅拌洗涤剂水溶液和水凝胶，然后发泡；发泡后，转移到冷冻浴，冻结定型，随后低温静置交联；交联完成后，在融化后用去离子水洗除，得到梯度多孔结构的水凝胶膜，本发明提供的一种具有梯度多孔结构的水凝胶的制备方法，该制备方法简单易行，成本低廉。

技术领域

本发明涉及水凝胶材料的结构设计与应用技术领域，尤其涉及一种具有梯度多孔结构的水凝胶的制备方法。

背景技术

水凝胶具有多种刺激响应性质，与生物软组织具有类似的含水量。因此，水凝胶在生物医学和软体机器人领域具有广泛的潜在应用价值。水凝胶在外界刺激下能产生可逆形变，例如失水收缩和吸水膨胀，但这些形变往往是无差别不可控的。因此需要对水凝胶进行结构设计，使其具有各向异性结构，从而变形可控。

水凝胶致动器异质结构的设计和控制对于操纵它们的致动行为至关重要。传统策略是被动聚合物水凝胶和主动聚合物水凝胶的逐步聚合，形成双层结构。通常，这种双层结构表现出缓慢的弯曲/伸直变形，并且在大量重复致动之后，特别是在大规模弯曲的情况下，倾向于沿着弱界面分层。并且常规水凝胶致动常常与水的吸收和释放相关，而这种响应是缓慢的、尺度小的，表现出缓慢的宏观响应，大小为几分钟到几小时。

为了应对以上问题，国内外学者引入多孔结构以实现水的快速转移，引入梯度结构以实现水凝胶交联密度的各向异性。目前常见的制备梯度多孔结构水凝胶的方法主要有两种，一种方法是使用水热法，使水凝胶在反应釜高温高压环境下交联聚合，产生由下而上梯度交联的梯度孔结构，但这种方法受限于反应釜的尺寸，无法大面积制备，并且随后的激光切割也会使制备过程带来新的不确定的问题；另一种方法是掺入Laponite，电场诱导Laponite在水凝胶中产生梯度分布，从而导致水凝胶交联密度的梯度分布，但是Laponite的成本比较高，并且Laponite的过量引入会导致水凝胶致动器的响应性变慢。

发明内容

针对上述现有技术的现状，本发明所要解决的技术问题在于提供一种具有梯度多孔结构的水凝胶的制备方法，该制备方法简单易行，成本低廉。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种具有梯度多孔结构的水凝胶的制备方法，步骤如下：

1)往洗涤剂水溶液加入水凝胶进行溶解；

2)搅拌洗涤剂水溶液和水凝胶，然后发泡；

3)发泡后，转移到冷冻浴，冻结定型，随后低温静置交联；

4)交联完成后，在融化后用去离子水洗除，得到梯度多孔结构的水凝胶膜。

进一步的，洗涤剂水溶液是由洗涤剂与去离子水配置而成。

进一步的，洗涤剂与去离子水质量比为1:10。

进一步的，水凝胶在洗涤剂溶液中的溶解步骤如下：

1)称取异丙基丙烯酰胺单体和N，N′-亚甲基双丙烯酰胺加入到洗涤剂水溶液中，充分搅拌溶解；

2)往溶液中通入高纯氮气鼓泡；

3)向溶液中加入四甲基乙二胺水溶液和过硫酸钾，在冷冻浴中搅拌，使其分散均匀。

进一步的，四甲基乙二胺水溶液的浓度为7.75mg/ml，过硫酸钾的浓度为10mg/ml。

进一步的，冻结定型的具体操作步骤如下：

1)将冷冻浴的铜柱不完全浸入冷冻浴中，铜柱上底暴露于空气中；

2)将装有起泡好水凝胶的容器置于铜柱上，热传递从容器底部进行，使气泡由下往上逐层结冰。