[发明专利]一种高强度光控智能水凝胶驱动器的制备方法

摘要

本发明公开了一种高强度光控智能水凝胶驱动器的制备方法，其特征是将静电纺丝技术与水凝胶制备技术相结合，选取聚乙烯醇缩丁醛纤维和纳米木浆纤维素作增强相，分别在材料结构和材料成分角度提高水凝胶材料的力学强度，制备出兼顾变形能力和力学强度的高强度光控智能水凝胶驱动器，本发明所制备出的高强度光控智能水凝胶驱动器生产成本低，加工制造方便，适用范围广。

主权项

1.一种高强度光控智能水凝胶驱动器的制备方法，其特征在于，本发明将静电纺丝技术与水凝胶制备技术相结合，选取聚乙烯醇缩丁醛纤维和纳米木浆纤维素作增强相，分别在材料结构和材料成分角度提高光控智能水凝胶驱动器的力学强度，制备出兼顾变形能力和力学强度的高强度光控智能水凝胶驱动器，成型效率高、样品结构稳定性好、制备成本低，聚乙烯醇缩丁醛纤维与水凝胶基体具有牢固的结合强度；具体步骤如下：一、聚乙烯醇缩丁醛纤维的制备，选取聚乙烯醇缩丁醛(航空级)和无水乙醇(分析纯)作原始材料，聚乙烯醇缩丁醛溶液的浓度为7wt.％～7.5wt.％，将聚乙烯醇缩丁醛粉末置入无水乙醇中，在磁力搅拌器中搅拌均匀，用两支2mL注射器吸入适量的聚乙烯醇缩丁醛溶液，并分别将注射器安装在静电纺丝机的左右推注泵上，为保证聚乙烯醇缩丁醛纤维的定向排布，选用共轭纺丝的形式，左侧注射器接通10.8kV～11kV的负高压，右侧注射器接通10.8kV的正高压，注射器针头与接收器间的距离固定保持在10～11cm，接通左右注射器的电压，进行纺丝；二、光控智能水凝胶材料的合成，以N‑异丙基丙烯酰胺作单体，XLG型合成硅酸镁锂作交联剂，过硫酸钾作引发剂，N,N,N’,N’‑四甲基乙二胺作催化剂，纳米木浆纤维素作增强相，氧化石墨烯作光热转化相，单体，引发剂，催化剂之间的摩尔比为100:0.370:0.638；纳米木浆纤维素的浓度为0mg/mL～3mg/mL，氧化石墨烯的浓度为1mg/mL～2mg/mL，交联剂质量分数为3wt.％～3.5wt.％；三、按照步骤二中所示的配比，在冰水浴条件下将氧化石墨烯粉末加入蒸馏水中超声振荡20～30分钟后，搅拌15～20分钟；然后加入纳米木浆纤维素并搅拌30～40分钟；随后加入XLG型合成硅酸镁锂，搅拌60～65分钟；然后加入N‑异丙基丙烯酰胺并搅拌120～130分钟；最后依次加入过硫酸钾和N,N,N’,N’‑四甲基乙二胺，搅拌5～6分钟；四、将制备好的光控智能水凝胶材料注入组合模具中，刮平之后将聚乙烯醇缩丁醛纤维铺在该水凝胶层之上，随后于纤维层之上加入新的水凝材料，再次刮平后将模具密封，并置于25℃～27℃环境下静置24～26小时成型，至此，完成高强度光控智能水凝胶驱动器的制备，为保证水凝胶驱动器的变形功能，本发明将纳米木浆纤维素浓度为1mg/mL～3mg/mL的水凝胶材料与纳米木浆纤维素浓度为0mg/mL水凝胶材料进行组合，各个水凝胶层中均含有聚乙烯醇缩丁醛纤维。