[發明專利]一種兼具高強度和多穩態的形狀記憶水凝膠、制備方法及應用

在審

• 申請號: 202210125811.9
• 申請日: 2022-02-10
• 公開（公告）號: CN114605666A
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發明（設計）人: 彭雨;陳濤;張佳瑋;張大川;謝開鋒
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: C08J3/075
• 分類號: C08J3/075;C08L89/00;C08K5/1545
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 劉誠午

本發明公開了一種兼具高強度和多穩態的形狀記憶水凝膠的制備方法，包括以下步驟：(1)將單寧酸和明膠分別溶于水中，得到均勻分散的單寧酸溶液和明膠溶液；再將明膠溶液加入到單寧酸溶液中，加熱攪拌，得到明膠/單寧酸水凝膠；(2)將明膠/單寧酸水凝膠加熱退火消除內應力，低溫冷卻后得到所述的兼具高強度和多穩態的形狀記憶水凝膠。本發明方法操作步驟簡單高效，條件溫和，制備得到的形狀記憶水凝膠機械性能好，力學強度不低于2.18MPa，且隨溫度變化存在多穩態的臨時形狀記憶行為；該形狀記憶水凝膠在軟體機器人等領域中應用前景廣泛。

技術領域

本發明涉及形狀記憶材料，具體涉及一種兼具高強度和多穩態的形狀記憶水凝膠、制備方法及應用。

背景技術

形狀記憶高分子材料是指具有保持臨時變形形狀的能力，當受到外界刺激后，可以恢復到初始形狀，從而表現出對初始形狀具有記憶功能的一類智能高分子材料。明膠水凝膠具有優異的生物相容性和環境敏感性，是當前形狀記憶水凝膠領域的研究熱點之一，如公開號為CN112250809A的中國專利文獻公開了一種磁、光、熱多重刺激響應的形狀記憶水凝膠，該水凝膠由明膠、Fe₃O₄納米顆粒、單體、交聯劑、引發劑聚合得到，能夠實現非接觸式形狀記憶方式和定向運動，可應用于制備控釋制劑；此外，明膠水凝膠在人工肌肉、柔性傳感器、生物醫學等領域具有廣泛的應用前景。

但目前報道的形狀記憶明膠水凝膠仍然存在以下限制：(1)機械力學性能有待提高，當前研究中，大部分凝膠體系的力學性能約為20～400KPa，遠不能滿足驅動傳感等領域的需求，如文獻3D Printing of Biocompatible Shape-Memory Double NetworkHydrogels(ACS Appl Mater Interfaces.2021,13,12726-1273)中制得的形狀記憶明膠水凝膠的拉伸強度為80KPa，普通水凝膠拉伸強度為20KPa；文獻Multi-stimuli responsivehydrogels with shape memory and self-healing properties for informationencryption(European Polymer Journal.2020,140,110061)中制得的形狀記憶明膠水凝膠的拉伸強度為240KPa；公開號為CN109749098A的中國專利文獻公開了一種物理/化學雙交聯網絡高強度明膠水凝膠，該明膠水凝膠的拉伸強度為400KPa；(2)狀態控制不精確，當前研究中，形狀記憶水凝膠的變形大多只有初始和最終狀態，無法在中間狀態停留，因此，如果像生物體一樣，通過程序控制實現明膠水凝膠狀態的可控調節，將會大力拓寬其在不同領域的廣泛應用。

因此，亟需開發一種兼具高強度和多穩態的形狀記憶水凝膠以克服現有技術的缺陷，并為設計新型智能明膠水凝膠，實現其在多領域的應用提供新思路。

發明內容

本發明提供了一種兼具高強度和多穩態的形狀記憶水凝膠的制備方法，操作步驟簡單高效，條件溫和，制備得到的形狀記憶水凝膠機械性能好，力學強度不低于2.18MPa，且隨溫度變化存在多穩態的臨時形狀記憶行為。

具體采用的技術方案如下：

一種兼具高強度和多穩態的形狀記憶水凝膠的制備方法，包括以下步驟：

(1)將單寧酸和明膠分別溶于水中，得到均勻分散的單寧酸溶液和明膠溶液；再將明膠溶液加入到單寧酸溶液中，加熱攪拌，得到明膠/單寧酸水凝膠；

(2)將明膠/單寧酸水凝膠加熱退火消除內應力，再低溫冷卻后得到所述的兼具高強度和多穩態的形狀記憶水凝膠。