[发明专利]一种形状记忆复合水凝胶及其制备方法和应用

说明书

本发明属于形状记忆高分子材料技术领域，提供了一种形状记忆复合水凝胶，包括聚乙烯醇/羧甲基纤维素水凝胶和包埋于所述聚乙烯醇/羧甲基纤维素水凝胶中的碳量子点，以及由二甲基亚砜和水组成的双溶剂体系；所述聚乙烯醇/羧甲基纤维素水凝胶具有由聚乙烯醇分子间经交联反应和聚乙烯醇与羧甲基纤维素之间通过分子间作用力得到的网络结构。本发明提供的形状记忆复合水凝胶具有多重敏感性与形状记忆性能可调，且控制方式多样；形状记忆恢复与复合水凝胶荧光变化协同一致，针对不同因素刺激可以发生不同荧光变化，实现了刺激因素的夜间裸眼可视反馈提示。并且，本发明提供的形状记忆复合水凝胶还具有良好的抗冷冻性能与抗菌性能。

技术领域

本发明涉及形状记忆高分子材料技术领域，尤其涉及一种形状记忆复合水凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

形状记忆高分子材料是一类能够保持临时变形形状，当受到外界刺激时，可以自发从临时变形形状恢复到初始形状的智能材料，具有高附加值的形状记忆凝胶更是成为了近些年来研究的热点。

目前市面上常用的形状记忆高分子材料通常具有两种网络结构：充当交联点的不可逆网络用于形成凝胶记忆初始形状；具有可逆转变的网络提供可逆开关固定临时形状。然而，目前所涉及的形状记忆凝胶材料都是在单一刺激因素下具有形状记忆特性。而随着人们对形状记忆高分子材料功能要求的不断提高，单一功能的敏感型水凝胶已经难以满足实际应用环境的需要。而且，目前常用的凝胶材料结构复杂，动态形状记忆过程不便于实时监测，在夜间无法清晰观测到其形状变化。因此，亟需提供一种夜间可视的多重敏感型水凝胶以满足水凝胶在实际环境中的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种形状记忆复合水凝胶及其制备方法和应用，本发明提供的形状记忆复合水凝胶具有多重敏感性与形状记忆性能可调，且控制方式多样；形状记忆恢复与复合水凝胶荧光变化协同一致，针对不同因素刺激可以发生不同荧光变化，实现了刺激因素的夜间裸眼可视反馈提示。为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供了一种形状记忆复合水凝胶，包括聚乙烯醇/羧甲基纤维素水凝胶和包埋于所述聚乙烯醇/羧甲基纤维素水凝胶中的碳量子点，以及由二甲基亚砜和水组成的双溶剂体系；所述聚乙烯醇/羧甲基纤维素水凝胶具有由聚乙烯醇分子间经交联反应和聚乙烯醇与羧甲基纤维素之间通过分子间作用力得到的网络结构。

优选地，所述形状记忆复合水凝胶中碳量子点的质量含量为0.5～5％。

本发明提供了上述技术方案所述形状记忆复合水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

(1)将聚乙烯醇与二甲基亚砜和水混合，得到聚乙烯醇双溶剂混合溶液；

(2)将所述步骤(1)得到的聚乙烯醇双溶剂混合溶液与羧甲基纤维素混合，得到混合溶液；

(3)将所述步骤(2)得到混合溶液与碳量子点混合，得到含碳量子点的混合溶液；

(4)在酸性条件下，将所述步骤(3)得到的含碳量子点的混合溶液与交联剂混合，进行交联反应，得到形状记忆复合水凝胶。

优选地，所述步骤(1)中二甲基亚砜和水的体积比为1:9～9:1，所述聚乙烯醇双溶剂混合溶液中聚乙烯醇的质量浓度为8～12％。

优选地，所述步骤(2)中羧甲基纤维素以羧甲基纤维素水溶液的形式加入，所述羧甲基纤维素水溶液的质量浓度为3～8％，所述羧甲基纤维素水溶液与所述步骤(1)中聚乙烯醇的质量比为3:2～7:2。

优选地，所述步骤(3)中碳量子点与所述步骤(1)中聚乙烯醇的质量比为1:10～6:10。

优选地，所述步骤(4)中交联反应的温度为40～60℃，交联反应的时间为20～40min。