[發明專利]一種具有梯度多孔結構的水凝膠的制備方法

有效

• 申請號: 201910237465.1
• 申請日: 2019-03-27
• 公開（公告）號: CN109912820B
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發明（設計）人: 劉愛萍;劉艦;姚游星;吳化平;許為中
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: C08J3/24
• 分類號: C08J3/24;C08J3/075;C08J9/30;C08F220/54;C08F222/38;C08L33/24
• 代理公司: 杭州敦和專利代理事務所(普通合伙) 33296
• 代理人: 姜術丹

本發明提供了一種具有梯度多孔結構的水凝膠的制備方法，步驟如下：往洗滌劑水溶液加入水凝膠進行溶解；攪拌洗滌劑水溶液和水凝膠，然后發泡；發泡后，轉移到冷凍浴，凍結定型，隨后低溫靜置交聯；交聯完成后，在融化后用去離子水洗除，得到梯度多孔結構的水凝膠膜，本發明提供的一種具有梯度多孔結構的水凝膠的制備方法，該制備方法簡單易行，成本低廉。

技術領域

本發明涉及水凝膠材料的結構設計與應用技術領域，尤其涉及一種具有梯度多孔結構的水凝膠的制備方法。

背景技術

水凝膠具有多種刺激響應性質，與生物軟組織具有類似的含水量。因此，水凝膠在生物醫學和軟體機器人領域具有廣泛的潛在應用價值。水凝膠在外界刺激下能產生可逆形變，例如失水收縮和吸水膨脹，但這些形變往往是無差別不可控的。因此需要對水凝膠進行結構設計，使其具有各向異性結構，從而變形可控。

水凝膠致動器異質結構的設計和控制對于操縱它們的致動行為至關重要。傳統策略是被動聚合物水凝膠和主動聚合物水凝膠的逐步聚合，形成雙層結構。通常，這種雙層結構表現出緩慢的彎曲/伸直變形，并且在大量重復致動之后，特別是在大規模彎曲的情況下，傾向于沿著弱界面分層。并且常規水凝膠致動常常與水的吸收和釋放相關，而這種響應是緩慢的、尺度小的，表現出緩慢的宏觀響應，大小為幾分鐘到幾小時。

為了應對以上問題，國內外學者引入多孔結構以實現水的快速轉移，引入梯度結構以實現水凝膠交聯密度的各向異性。目前常見的制備梯度多孔結構水凝膠的方法主要有兩種，一種方法是使用水熱法，使水凝膠在反應釜高溫高壓環境下交聯聚合，產生由下而上梯度交聯的梯度孔結構，但這種方法受限于反應釜的尺寸，無法大面積制備，并且隨后的激光切割也會使制備過程帶來新的不確定的問題；另一種方法是摻入Laponite，電場誘導Laponite在水凝膠中產生梯度分布，從而導致水凝膠交聯密度的梯度分布，但是Laponite的成本比較高，并且Laponite的過量引入會導致水凝膠致動器的響應性變慢。

發明內容

針對上述現有技術的現狀，本發明所要解決的技術問題在于提供一種具有梯度多孔結構的水凝膠的制備方法，該制備方法簡單易行，成本低廉。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：

一種具有梯度多孔結構的水凝膠的制備方法，步驟如下：

1)往洗滌劑水溶液加入水凝膠進行溶解；

2)攪拌洗滌劑水溶液和水凝膠，然后發泡；

3)發泡后，轉移到冷凍浴，凍結定型，隨后低溫靜置交聯；

4)交聯完成后，在融化后用去離子水洗除，得到梯度多孔結構的水凝膠膜。

進一步的，洗滌劑水溶液是由洗滌劑與去離子水配置而成。

進一步的，洗滌劑與去離子水質量比為1:10。

進一步的，水凝膠在洗滌劑溶液中的溶解步驟如下：

1)稱取異丙基丙烯酰胺單體和N，N′-亞甲基雙丙烯酰胺加入到洗滌劑水溶液中，充分攪拌溶解；

2)往溶液中通入高純氮氣鼓泡；

3)向溶液中加入四甲基乙二胺水溶液和過硫酸鉀，在冷凍浴中攪拌，使其分散均勻。

進一步的，四甲基乙二胺水溶液的濃度為7.75mg/ml，過硫酸鉀的濃度為10mg/ml。

進一步的，凍結定型的具體操作步驟如下：

1)將冷凍浴的銅柱不完全浸入冷凍浴中，銅柱上底暴露于空氣中；

2)將裝有起泡好水凝膠的容器置于銅柱上，熱傳遞從容器底部進行，使氣泡由下往上逐層結冰。