[发明专利]一种加工海藻酸钙水凝胶CAH人工肌肉的热处理工艺方法

说明书

本发明提供一种加工海藻酸钙水凝胶CAH人工肌肉的热处理工艺方法，采取真空、整体加热方式，经过交联、加热、保温和冷却四个阶段。主要方法步骤：将人工肌肉浸入CaCl₂溶液中，水浴温度30℃、离子交联反应时间20min；随后进行去应力退火，放入真空干燥箱中加热，设置相应参数；取出置于室内通风处风冷，保持30min，再次放入真空干燥箱中0.5h；然后调整设置参数，使其随真空箱慢慢降温至50℃、恒温时间1.5h，至此完成调质处理；最后静置于空气中3h，逐渐冷却至室温，以完成时效过程，并进行裁剪与封装存储。本发明的热处理工艺方法，原理明确、效果显著、可实现普遍应用，且能够有效提升海藻酸钙水凝胶CAH人工肌肉的响应速度、寿命与输出力等综合机械性能。

技术领域

本发明涉及一种热处理工艺方法，尤其涉及一种加工海藻酸钙水凝胶CAH人工肌肉的热处理工艺方法。

背景技术

CAH(calcium alginate hydrogel，海藻酸钙水凝胶)是一种离子型电活性聚合物，其致动性能非常相似于生物肌肉，故称之为“人工肌肉”。CAH材料质地柔软、富有弹性、生物形容性极好，并且在较低的驱动电压下能够产生较大的位移变形。因而在仿生工程、微机械和生物科学等领域，都有着广泛的应用前景。响应速度、寿命和输出力是衡量CAH人工肌肉的重要指标，目前国内外的科学家们对其进行的大量研究，主要集中在制备方法与掺杂工艺，来提升这三方面的致动性能。因此，有必要探索研究一种原理明确、效果显著、可广泛应用的加工工艺方法，以便进一步提高CAH人工肌肉的致动性能及其实际应用。

“Journal of Functional Materials”期刊，2014年刊登的“The preparationand thermal properties of calcium alginate/gelatin(semi)IPNs crosslinked withoxidized sodium alginate”文章中采用了一种水浴加热的加工工艺方法，通过使用大烧杯与温控式磁力搅拌机，直接对高分子聚合物进行恒温制备。然而，该方法对温度的利用，只适用于人工肌肉的前期制备过程，却忽视了对其进一步的加工处理，可能带来的致动性能提升。目前所有关于CAH人工肌肉的研究都是如此，由于对其进行热处理加工的工艺方法，思路较为创新，至今尚未出现相关研究。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种加工海藻酸钙水凝胶CAH人工肌肉的热处理工艺方法，是一种原理明确、效果显著、成本低廉、可实现普遍应用的加工CAH人工肌肉的热处理工艺方法。同时，针对于CAH人工肌肉的热处理工艺方法，能够进一步提升其自身的响应速度、寿命与输出力。

本发明的目的是这样实现的：包括如下步骤：

第一步：将制备成型的海藻酸钙水凝胶CAH人工肌肉浸入浓度为0.85mg/ml的CaCl₂溶液中，水浴温度30℃、离子交联反应时间20min，使其表层电极膜均匀获得Ca²⁺；

第二步：用镊子捏出交联后的海藻酸钙水凝胶CAH人工肌肉，用滤纸吸干其表面的溶液，并将其放入真空干燥箱中加热，设置参数：温度80℃、真空度-0.09MPa、时间0.5h，进行去应力退火；

第三步：取出真空干燥箱中已经完全干燥成膜的海藻酸钙水凝胶CAH人工肌肉，置于室内通风处进行风冷；

第四步：将经过风冷处理后的海藻酸钙水凝胶CAH人工肌肉，再次置于真空干燥箱中，并设置参数：温度80℃、真空度-0.09MPa、时间0.5h；

第五步：调整真空干燥箱的设置参数，使得海藻酸钙水凝胶CAH人工肌肉在真空箱内，降温至50℃、并保持真空度-0.09MPa、恒温时间1.5h，完成调质过程；

第六步：取出真空干燥箱中的海藻酸钙水凝胶CAH人工肌肉，并静置于空气中3h，使其逐渐冷却至室温，完成时效处理；