[发明专利]一种温敏性双网络水凝胶的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种温敏性双网络水凝胶的制备方法，该制备方法利用clay为交联剂，通过紫外光引发聚合合成以PNIPAM凝胶为一侧，PDMAPS凝胶为另一侧的双层凝胶，利用PAAm构建双网络水凝胶。利用该制备方法制备的温敏性双网络水凝胶在温度变化时可发生较大形变，具有良好的温度响应性，在驱动器中有着较好的应用前景。

技术领域

本发明涉及高分子复合材料技术领域，特别是涉及一种温敏性双网络水凝胶的制备方法及其应用。

背景技术

驱动器是机器人的基本变形单元，是操作手的关键组成模块。智能驱动器能够从外场环境刺激中获取能量而改变它们的形状，执行机械动作。在众多的驱动材料中，高分子材料为基材的智能驱动材料占据了重要的地位。依靠化学与凝聚态结构的设计，高分子材料可以获得不同的力学状态，如黏弹态和玻璃态等，从而可得到不同力学性质的驱动器；另外，大量的聚合物材料能响应环境信息(如温度、pH、离子、分子、光等)的微小变化，产生相应的体积变化或者其他物理化学性质的变化，可适应不同环境；并且，许多高分子具有生物相容性与生物可降解性，可应用于生命系统。这些特点使得高分子材料有别于金属等其他材料，在智能驱动领域具有不可替代的应用价值。

基于此，制备高分子智能驱动器为推动智能驱动的发展具有重要的意义。其中水凝胶类智能驱动器在制备软体机器人等领域具有巨大的优势，特别是温敏性的聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)基水凝胶，由于其温度刺激的易取得性及PNIPAM性能的易调控性而被广泛关注。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种温敏性双网络水凝胶的制备方法及其应用，该制备方法利用黏土(clay)为交联剂，通过紫外光引发聚合合成以聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)凝胶为一侧，聚([2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]二甲基-(3-磺丙基)氢氧化铵)(PDMAPS)凝胶为另一侧的双层凝胶，利用聚丙烯酰胺(PAAm)构建双网络水凝胶。利用该制备方法制备的双层凝胶在温度变化时可发生较大形变，具有温度响应性。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种温敏性双网络水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：配制NIPAM预聚液、DMAPS预聚液和AAm预聚液；

步骤2：利用NIPAM预聚液经聚合反应制备PNIPAM单层水凝胶；

步骤3：在PNIPAM单层水凝胶的基础上利用DMAPS预聚液经聚合反应制备PDMAPS水凝胶得PNIPAM-PDMAPS双层水凝胶；

步骤4：AAm预聚液浸入所述PNIPAM-PDMAPS双层水凝胶，经聚合反应制备PAAm第二网络，得(PNIPAM-PDMAPS)/PAAm双网络水凝胶。

在上述制备方法中，所述NIPAM预聚液的制备方法为：将clay和去离子水均匀分散后加入NIPAM单体，搅拌至完全溶解，加入甲醇与DEAP的混合溶液，其中clay的浓度为38-40mg/mL，NIPAM单体的浓度为1-2mol/L，DEAP的浓度为0.8-1mL/L。

在上述制备方法中，所述DMAPS预聚液的制备方法为：将clay和去离子水均匀分散后加入DMAPS单体，搅拌至完全溶解，加入甲醇与DEAP的混合溶液，其中clay的浓度为38-40mg/mL，DMAPS单体的浓度为1-2mol/L，DEAP的浓度为0.8-1mL/L。

在上述制备方法中，所述AAm预聚液的制备方法为：将BIS在去离子水中均匀分散后加入AAm单体，搅拌至完全溶解，加入甲醇与DEAP的混合溶液，其中所述AAm单体浓度为2-2.5mol/L，DEAP的浓度为0.8-1mL/L，BIS的量为0.8-1mg/mL。

在上述制备方法中，在步骤2-4中，在紫外灯照射下聚合，照射时间为15-20min。