[發明專利]一種多響應且各向異性的磁性水凝膠的制備方法

有效

• 申請號: 202110240610.9
• 申請日: 2021-03-04
• 公開（公告）號: CN112876598B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: 李彬;王曉杰;徐潺潺
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: C08F220/06
• 分類號: C08F220/06;C08F220/56;C08F220/54;C08F2/44;C08K9/06;C08K3/22
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 盧敏

本發明公開了一種多響應且各向異性的磁性水凝膠的制備方法，是將表面修飾后的磁性顆粒加入到聚合物基體中，并通過外加磁場使磁性顆粒在基體中呈鏈狀分布，從而獲得目標產物。本發明所制備的磁性水凝膠具有各向異性結構，機械性能優異、穩定性好，且具有多響應性(溶脹、變剛度、壓阻效應)，在諸多領域有著廣泛的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種磁性水凝膠，具體涉及一種多響應且各向異性的磁性水凝膠的制備方法。

背景技術

隨著人機交互的迅速發展，軟體機器人技術引起了人們的廣泛關注，對于柔性材料和結構的研究成為一個重要的方向。水凝膠具有三維空間網狀結構，十分柔軟，在水中迅速溶脹并吸收大量體積的水而不溶解，具有可延展性、生物兼容性、可滲透性以及對外界刺激的響應能力，這些優異的性能讓水凝膠材料成為了理想的柔性材料。但是，傳統的水凝膠缺乏強度，容易發生永久性斷裂，而且它們內部的結構簡單，缺乏特殊的功能，幾乎不對外界刺激敏感，這很大程度上限制了它們的應用范圍。

發明內容

本發明的目的是提供一種性能穩定、響應性良好且具有各向異性結構的磁性水凝膠的制備方法，選用納米級鐵磁顆粒作為填料，并通過外磁場的作用使填料在基體中具有一定的鏈狀結構，提高材料的機械性能，所得材料的性能具有一定的可調控性。

本發明為實現發明目的，采用如下技術方案：

一種多響應且各向異性的磁性水凝膠的制備方法，是按如下步驟進行：

步驟1、將1-3重量份的甲基丙烯酸和8-10重量份的磁性顆粒加入到乙醇溶液中，超聲分散30～40min，然后再加入4-6重量份的乙烯基三甲氧基硅烷，機械攪拌20～30min，除去乙醇，真空干燥，得到表面修飾后磁性顆粒；

步驟2、將1-5重量份的聚合單體加入到20～40重量份的去離子水中，攪拌至完全溶解，然后依次加入0.1-0.5重量份的引發劑、1-6重量份的表面修飾后磁性顆粒、1-3重量份的交聯劑和0.5-1重量份的促進劑，攪拌均勻后倒入模具中，然后施加磁場10～15min，即獲得多響應且各向異性的磁性水凝膠。

作為優選，所述磁性顆粒為四氧化三鐵磁性顆粒。

作為優選，所述磁性顆粒的粒徑大小為1～10nm。

作為優選，所述聚合單體為丙烯酰胺或丙烯酸。

作為優選，所述引發劑為過硫酸銨、過硫酸鈉和過硫酸鉀中的至少一種。

作為優選，所述交聯劑為二甲基丙烯酸乙二醇脂和N,N-亞甲基丙烯酰胺中的至少一種。

作為優選，所述促進劑為四甲基乙二胺和三乙烯二胺中的至少一種。

作為優選，所述磁場的強度在0.1～1.0T。

與現有技術相比，本發明的有益效果體現在：

1、本發明所制備的磁性水凝膠具有各向異性結構，機械性能優異、穩定性好，且具有多響應性(溶脹、變剛度、壓阻效應)，可應用于藥物運輸、柔性驅動器、組織工程、人工肌肉、軟體機器人、傳感器件、仿生器件、生物醫藥、柔性電子等諸多領域。

2、本發明的制備方法工藝簡單、成本低、環保。

3、本發明的制備方法，通過對磁性顆粒進行表面修飾可以提高顆粒在聚合物基體中的分散性。

4、本發明的制備方法，通過外磁場的作用可以實現磁性顆粒在水凝膠基體中的定向排列，從而有效增加水凝膠的力學性能，同時使其具有方向性結構。

附圖說明

圖1為實施例1所得磁性水凝膠(磁性顆粒占聚合物質量的7.4％)的SEM圖，其中(b)圖為(a)圖的局部放大圖。