[發明專利]一種溫度響應型水凝膠驅動器智能閥門的制備

在審

• 申請號: 202111575492.3
• 申請日: 2021-12-22
• 公開（公告）號: CN115304787A
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發明（設計）人: 劉愛萍;王若飛;吳化平;許為中
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: C08J3/075
• 分類號: C08J3/075;C08L33/24;C08K3/34;C08F120/54;C08F2/48
• 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

本發明提供了一種溫度響應型水凝膠智能溫度控制閥門，屬于水凝膠驅動器領域。通過光交聯制備雙層聚N?異丙基丙烯酰胺(PNIPAM)水凝膠驅動器，基于雙層PNIPAM水凝膠驅動器設計了一種單通型智能溫度控制閥門，當通入冷水時，水凝膠被固定在閥門處閉合小孔，阻礙液體流過，當通入熱水時，水凝膠受刺激發生單向彎曲，克服水壓打開閥門，允許流體通過。該水凝膠驅動智能溫度控制閥門的響應速度快，自動化程度高，能耗低。

技術領域

本發明屬于水凝膠驅動器領域，尤其涉及一種溫度響應型水凝膠驅動器智能閥門的制備。

背景技術

水凝膠是具有高含水量的交聯親水聚合物鏈的三維網絡，是高彈性和柔軟的材料。如果這些水凝膠包含刺激響應性聚合物，它們會因環境刺激而產生體積急劇變化。特別是，將從外部接收到的能量轉換成機械運動的水凝膠致動器可以表現出類似于生物的柔和而靈活的運動。另外，具有剛性材料的執行器需要將剛性部件連接在一起的接頭，而具有無限自由度的水凝膠致動器則不需要這些接頭。由于水凝膠的靈活性，生物相容性和刺激敏感性優勢，它們具有多種應用領域。

水凝膠致動器的潛在應用與其可逆的形狀轉換性能密切相關。獨特的刺激引起的形狀改變行為使水凝膠致動器有望成為流體設備中的閥門候選產品。在高溫下，由于各向異性的收縮行為，水凝膠閥門將被激活，從而使流體通過閥門。由于水凝膠致動器可以響應外部刺激，因此還可以開發對其他刺激敏感的水凝膠閥，以滿足實際系統中的實際應用。

發明內容

本發明提供一種溫度響應型水凝膠單通型智能溫度控制閥門的制備，該溫度響應型水凝膠閥門的溫度刺激響應快，并且性能穩定性好，制備方法簡單，易實現，成本低。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種溫度響應型水凝膠智能溫度控制閥門的制備，包括如下步驟：

(1)備料：將N-異丙基丙烯酰胺在丙酮/正己烷混合溶劑中重結晶三次，得到白色針狀的純化N-異丙基丙烯酰胺單體，真空干燥備用，合成硅酸鎂鋰真空干燥備用；

(2)水凝膠前驅液的制備：將合成硅酸鎂鋰加入去離子水中磁力攪拌直至完全分散得到澄清液體，然后將NIPAM加入上述澄清液體中攪拌直至完全溶解，最后加入1-羥基環已基苯基甲酮和甲醇的混合液攪拌得到澄清透明的水凝膠前驅液；

(3)雙層水凝膠基致動器(PNIPAM)的制備：將表面條紋為90°的一定規格尺寸無塵紙和可變厚且中間掏空面積的硅橡膠墊片依次放置在玻璃板上，用另一塊玻璃杯密封模具；將上述前驅液注入模具內，注入過程應避免產生氣泡，然后在紫外光照射下原位聚合制備出雙層水凝膠基致動器。

(4)將上述水凝膠驅動器組裝在閥門上，當閥門處通入冷水時，水凝膠驅動器未受刺激，不發生彎曲行為，閥門處于關閉狀態；而當通入熱水時，溫度超過PNIPAM的相轉變溫度而導致體積收縮，水凝膠閥門彎曲，閥門打開。

進一步地，所述閥門由四部分組成，包括閥體、連接體、閥門和驅動裝置。

進一步地，所述閥體由兩根用作流體通道的圓形管構成，所述連接體為一根用作連接兩端管道的直通鏈接管。

進一步地，所述閥門為一塊中間開有小孔的圓片、三角形或正方形中的一種。

進一步地，所述圓形管和直通鏈接管均為透明、硬質的聚氯乙烯材質，圓片采用半透明塑料材質，所述驅動裝置為溫度響應型雙層水凝膠材質。

進一步地，所述圓形管的外徑與直通鏈接管的內徑相同。

進一步地，所述雙層水凝膠驅動裝置的長度為小孔直徑或長度的2倍以上。

進一步地，所述冷水為35℃，所述熱水為50℃。

本發明的有益效果：