[发明专利]三重形状记忆水凝胶及其制备方法

说明书

本发明提供了一种三重形状记忆水凝胶及其制备方法，属于水凝胶合成技术领域。三重形状记忆水凝胶原料包括：明胶、丙烯酰胺和丙烯酰基‑11‑氨基癸酸，所述明胶和所述丙烯酰胺的质量比为1:1‑3，所述丙烯酰胺和所述丙烯酰基‑11‑氨基癸酸的质量比为1:0.1‑0.8。本发明通过将丙烯酰胺和丙烯酰基‑11‑氨基癸酸交联共聚形成半结晶交联网络，且通过形状记忆温度不同且互不干涉的明胶螺旋网络和半结晶交联网络相配合，由于两个网络的玻璃化温度差异大，可将两个网络变形过程区分开，进行选择性驱动变形和选择性形状回复，具有良好的可编程性。而且，前述变形过程仅依赖于温度条件，无需施加多种外界刺激，大大提高了编程的便捷性，有助于产业化应用。

技术领域

本发明涉及水凝胶合成技术领域，特别涉及一种三重形状记忆水凝胶及其制备方法。

背景技术

水凝胶是以水为分散介质，具有亲水性而又不溶于水且能够吸收大量水分具有交联结构的高分子聚合物材料。形状记忆水凝胶(SMHs)是一类智能、柔软和潮湿的材料，具有形状记忆的能力，可响应于热、光、pH值等外部条件刺激而恢复到原来的形状，其形状记忆机制倾向于通过可逆的共价或非共价化学键实现，如氢键、偶极-偶极、疏水缔合、配位键、主客体相互作用等。由于灵活的形状变化和易于实现的外部条件，形状记忆水凝胶已广泛应用于生物执行器、传感器、生物医学设备、软机器人。

形状记忆水凝胶目前存在两个较难克服的问题：第一个是固定和恢复率；对外界刺激的快速响应已有一些研究，在以往的研究中，通常采用在水凝胶中构建多孔结构和使用温度作为触发条件来加快响应速度，在水凝胶中，多孔结构可以加速溶剂的扩散，传热通常比传质快。然而，到目前为止，很少有水凝胶能够实现令人满意的快速形状记忆，暂时固定和/或恢复形状仍然需要很长时间，通常长达几分钟甚至几天。第二个问题是可编程变形；虽然一些可编程形状记忆水凝胶已经被报道过了，但多重形状记忆水凝胶的改变需要不止一种刺激。例如，李晓霞等人提出了一种力学性能可调、具有多种形状记忆效应的新型形状记忆水凝胶，利用PBA-二醇酯键、AAc-Fe³⁺和琼脂圈-螺旋转变三个可编程可逆系统记忆临时形状，使水凝胶具有出色的多重形状记忆功能。但其需要三个外部条件(Fe³⁺、pH值、热量)来驱动其形状记忆行为。实际上，在实际应用中，利用多种外部条件刺激来实现形状记忆是非常复杂和困难的，因此大部分研究仍处于摸索阶段。

发明内容

针对以上现有技术中的问题，本发明提供了一种三重形状记忆水凝胶及其制备方法。

为实现上述目的，本发明具体通过以下技术方案实现：

本发明提供了一种三重形状记忆水凝胶，原料包括：明胶、丙烯酰胺和丙烯酰基-11-氨基十一烷酸，所述明胶和所述丙烯酰胺的质量比为1:1-3，所述丙烯酰胺和所述丙烯酰基-11-氨基十一烷酸的质量比为1:0.1-0.8。

进一步地，所述明胶和所述丙烯酰胺的质量比为1:1.5-1.9。

进一步地，所述丙烯酰胺和所述丙烯酰基-11-氨基十一烷酸的质量比为1:0.25-0.75。

进一步地，所述原料还包括交联剂，所述丙烯酰胺和所述交联剂的质量比为1:0.01-0.1。

更进一步地，所述交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺。

进一步地，所述原料还包括热引发剂，所述丙烯酰胺和所述热引发剂的质量比为1:0.01-0.1。

更进一步地，所述热引发剂包括过硫酸铵、过硫酸钠、过硫酸钾、过氧化氢和过氧化苯甲酰中的一种或多种。

另外，本发明提供了如上所述的三重形状记忆水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

S1、使明胶、丙烯酰胺和丙烯酰基-11-氨基十一烷酸溶解，得到预反应液；