[发明专利]一种双层水凝胶驱动器及其制备方法

说明书

本发明涉及一种双层水凝胶驱动器及其制备方法，该双层水凝胶驱动器具备高界面韧性。该双层水凝胶驱动器采用具有双网络(Double Network，简称DN)结构的水凝胶，驱动器第一层利用明胶(Gelatin)冷却成胶的材料特性作为第一单体，构建第一网络，实现可控的双层结构，用N‑羟乙基丙烯酰胺(HEAA)作为第二单体，构建第二网络，得到的Gelatin/PHEAA双网络水凝胶力学性能优异，因此提高了驱动器的整体力学性能；第二层构建了聚(N‑异丙基丙烯酰胺‑co‑N‑羟乙基丙烯酰胺)(P(NIPAM‑co‑HEAA))温敏型水凝胶，在外界温度高于其低临界溶解温度(LCST)时能够迅速产生响应；同时，由于同步聚合双层水凝胶，凝胶‑凝胶界面的分子渗透，高分子链互相缠结，形成局部拓扑的网络结构，大大增强了双层水凝胶驱动器的界面韧性，提升了驱动器的稳定性，能够实现重复利用。

技术领域

本专利申请属于高分子材料化学领域，具体涉及一种双层水凝胶驱动器及其制备方法。

背景技术

刺激响应型水凝胶是一种由单体分子通过化学或者物理交联方式形成的、具有三维网络结构的高分子聚合物材料，能够通过感知和自身做功来响应外界环境中各类物理、化学、生物等变化。传统的刺激响应型水凝胶只能在外界的刺激下发生水凝胶体积或颜色的变化。近年来，研究人员在水凝胶驱动器的制备过程中引入了各向异性结构，通过水凝胶内部不对称的吸水与脱水，使得水凝胶可以发生特定方向的弯曲，从而引起了国内外学者对水凝胶驱动器的关注。

目前，水凝胶驱动器的各向异性结构主要分为双层结构、梯度结构、图案化结构以及取向结构。其中，双层水凝胶驱动器研究最为广泛，它由两层吸水溶胀程度不同的水凝胶构成。当受到外界的刺激时，一层水凝胶发生体积的变化，而另一层水凝胶不发生变化，这种差异化使得双层水凝胶能发生弯曲，为了减弱内部的不平衡体积变化，水凝胶内部会产生内应力，进而演变出更为复杂的形变。但现有技术中，因为双层水凝胶各向异性的结构特点，每层凝胶的形变差不一样，双层驱动器中水凝胶的层间界面韧性差，凝胶-凝胶容易脱离，水凝胶驱动器出现分层，失去对外界刺激迅速响应的能力。

发明内容

鉴于此，本专利申请的目的之一在于提供一种界面韧性较高的双层水凝胶驱动器。本专利申请的另一个目的在于提供该双层水凝胶驱动器的制备方法，该方法简化了双层水凝胶驱动器的制备过程，由此大幅提高了双层水凝胶驱动器的界面韧性。

一方面，本专利申请提供一种双层水凝胶驱动器，所述双层水凝胶驱动器包括：第一层水凝胶和第二层水凝胶，所述第一层水凝胶为双网络水凝胶，所述双网络水凝胶包括明胶冷却胶构成的第一网络和N-羟乙基丙烯酰胺构成的第二网络；所述第二层水凝胶为N-异丙基丙烯酰胺和N-羟乙基丙烯酰胺构建的聚(N-异丙基丙烯酰胺-co-N-羟乙基丙烯酰胺)温敏型水凝胶。

根据本专利申请的双层水凝胶驱动器，优选地，所述第一层水凝胶由以下质量份数物质构成：6％～15％明胶(Gelatin)、45％～75％N-羟乙基丙烯酰胺(HEAA)、加入量为HEAA1mol％的2-羟基-4’-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮(I2959)，余量为水。

根据本专利申请的双层水凝胶驱动器，优选地，所述第二层水凝胶由以下质量份数物质构成：25％～45％N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)、10％～40％N-羟乙基丙烯酰胺(HEAA)、加入量为NIPAM和HEAA1 mol％的2-羟基-4’-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮(I2959)、加入量为NIPAM的1mol％的N,N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)，余量为水。

进一步，本专利申请的双层水凝胶驱动器，所述双层水凝胶驱动器由以下质量份数物质构成：

第一层水凝胶：12％明胶(Gelatin)、60％N-羟乙基丙烯酰胺(HEAA)、加入量为HEAA1 mol％的2-羟基-4’-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮(I2959)，余量为水；