一种基于形状记忆效应的阻燃快速软体驱动器及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种基于形状记忆效应的阻燃快速软体驱动器及其制备方法与应用。本发明专利技术将热致型形状记忆聚合物制备亲水性形状记忆聚合物膜，然后将其与水凝胶前驱体溶液进行光固化制备成水凝胶

【技术实现步骤摘要】
一种基于形状记忆效应的阻燃快速软体驱动器及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于软体驱动器
，具体涉及一种基于形状记忆效应的阻燃快速软体驱动器及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]近年来，软体驱动器因为其众多优点得到了越来越多的关注。与刚性部件不同，软体驱动是连续的，具有无限自由度；模式与强度更贴近生物，对于不规则环境具有极强的适应性。这些优势使其更灵活，更智能，生物相容性更好，已经应用于软体机器人、仿生模拟、航空航天、药物投放、抢险救灾以及生物传感等领域。
[0003]形状记忆聚合物作为一类智能软体材料，在软体驱动器的领域有着重要的地位，各种各样具有形状记忆功能的软体驱动器也被开发出来。目前研究最广泛的是热致型形状记忆聚合物，它们具有热敏反应特性的官能团或分子作为“分子开关”(例如相变和可逆交联网络)，并以此来实现形状记忆与恢复。然而，目前鲜有专利技术涉及形状记忆软体驱动器的阻燃问题，使这一智能材料在高温或火场环境下难以得到应用；与此同时，也有不少软体驱动器还存在驱动速度慢的问题。
[0004]中国专利公开号CN110952308B报道了一种阻燃导电光热响应形状记忆聚合物纸，该专利技术的阻燃形状记忆纸可以实现热、电、光三种不同致动方式来实现材料的形状记忆功能，而且制备工艺简单。但是其玻璃化转变温度较低，暂时形状难以维持，强度也较低，且该纸的阻燃性能不佳。
[0005]中国专利公开号CN109251266A报道了一种基于形状记忆材料的软体驱动器，该驱动器通过调节苯硼酸与丙烯酸的共聚水凝胶网络的pH值来实现驱动与恢复，但是该软体驱动器的定型与变形过程以分钟作为单位，最高达到20分钟，驱动速度欠佳。
[0006]综上所述，具有形状记忆功能的阻燃快速软体驱动器的专利技术与应用还存在很大的空缺。

技术实现思路

[0007]为解决现有技术的缺点和不足之处，本专利技术的首要目的在于提供一种基于形状记忆效应的阻燃快速软体驱动器的制备方法。
[0008]本专利技术的另一目的在于提供上述方法制得的一种基于形状记忆效应的阻燃快速软体驱动器。
[0009]本专利技术提供的驱动器是基于单向热致型形状记忆聚合物，结合水凝胶材料组成多层结构制备而成的。
[0010]本专利技术的再一目的在于提供上述一种基于形状记忆效应的阻燃快速软体驱动器的应用。
[0011]本专利技术目的通过以下技术方案实现：
[0012]一种基于形状记忆效应的阻燃快速软体驱动器的制备方法，包括以下步骤：
[0013](1)将热致型形状记忆聚合物、光引发剂和交联剂加入有机溶剂中，溶解并混合均匀，得到前驱体溶液；
[0014](2)将前驱体溶液置于透明模具内进行紫外光固化，干燥，得到形状记忆聚合物膜；
[0015](3)将形状记忆聚合物膜浸泡在表面改性剂溶液中3～5min，取出后置于水凝胶前驱体溶液中进行紫外光固化，清洗后得到亲水性形状记忆聚合物膜；
[0016](4)将亲水性形状记忆聚合物膜一面固定在透明模具中，将水凝胶前驱体溶液注入模具中，进行紫外光固化，得到聚合物膜
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水凝胶双层结构复合材料；
[0017](5)将聚合物膜
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水凝胶双层结构复合材料的水凝胶一面固定在透明模具中，将水凝胶前驱体溶液注入模具中，进行紫外光固化，得到水凝胶
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聚合物膜
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水凝胶三层结构复合材料；
[0018](6)将水凝胶
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聚合物膜
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水凝胶三层结构复合材料进行失水处理，得到阻燃快速软体驱动器。
[0019]优选地，步骤(1)所述热致型形状记忆聚合物相变温度处于20～90℃之间；更优选为形状记忆聚己内酯二烯。
[0020]优选地，步骤(1)所述光引发剂为安息香二甲醚。
[0021]优选地，步骤(1)所述交联剂为四(3
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巯基丙酸)季戊四醇酯。
[0022]优选地，步骤(1)所述热致型形状记忆聚合物、光引发剂和交联剂的质量比为：1～2g：5～10mg：24～48mg。
[0023]优选地，步骤(1)所述有机溶剂为N,N
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二甲基甲酰胺、丙酮和甲苯中的至少一种；所述热致型形状记忆聚合物在前驱体溶液中的浓度为60～75％。
[0024]优选地，步骤(1)所述溶解的温度为70～80℃，搅拌转速为200～400r/min，时间10～15min。
[0025]优选地，步骤(2)所述紫外光固化的条件为：模具厚度50～2000μm，紫外光波段320～395nm，紫外光功率10～20mW/cm2，光照时间8～10min。
[0026]优选地，步骤(2)所述干燥的温度为90～100℃，时间为8～12h。
[0027]优选地，步骤(3)所述表面改性剂溶液的质量浓度为8～12％。
[0028]优选地，步骤(3)所述表面改性剂溶液中，表面改性剂为二苯甲酮；溶剂为乙醇和异丙醇中的至少一种。
[0029]优选地，步骤(3)所述水凝胶溶液的质量浓度为8～12％，溶质为丙烯酰胺。
[0030]优选地，步骤(3)所述紫外光固化的条件为：紫外光波段320～395nm，紫外光功率10～20mW/cm2，光照时间15～20min。
[0031]优选地，步骤(4)和(5)所述水凝胶前驱体溶液的质量浓度为20～30％；溶质为丙烯酰胺，溶剂为水。
[0032]优选地，步骤(4)和(5)所述紫外光固化的条件为：紫外光波段320～395nm，紫外光功率10～20mW/cm2，光照时间15～20min。
[0033]优选地，步骤(4)所述聚合物膜
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水凝胶双层结构复合材料和步骤(5)所述水凝胶
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聚合物膜
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水凝胶双层结构复合材料中，聚合物膜和水凝胶的厚度比均为5:1～1:2；更优选
为聚合物膜厚度为1000μm，水凝胶厚度为200～2000μm。
[0034]优选地，步骤(6)所述失水处理后，水凝胶
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聚合物膜
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水凝胶三层结构复合材料中一面水凝胶的厚度变为原来的20～100％，且不能为100％，另一面水凝胶以及聚合物膜的厚度不变；更优选为20～80％。
[0035]优选地，步骤(6)所述失水处理指：将水凝胶
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聚合物膜
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水凝胶三层结构复合材料置于模具中，使一面水凝胶被保鲜膜密封着，另一面水凝胶暴露于空气中，自然挥发失去水分。
[0036]本专利技术所述的阻燃快速软体驱动器使用之后，可以再次浸入水中溶胀55～65min，然后再进行步骤(6)的失水处理，又可得到阻燃快速软体驱动器。
[0037]上述方法制得的一种基于形状记忆效应的阻燃快速软体驱动器。
[0038]上述一种基于形状记忆效应的阻燃快速软体驱动器在用于火场环境的软体机器人中的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于形状记忆效应的阻燃快速软体驱动器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将热致型形状记忆聚合物、光引发剂和交联剂加入溶剂中，溶解并混合均匀，得到前驱体溶液；(2)将前驱体溶液置于透明模具内进行紫外光固化，干燥，得到形状记忆聚合物膜；(3)将形状记忆聚合物膜浸泡在表面改性剂溶液中3～5min，取出后置于水凝胶前驱体溶液中进行紫外光固化，清洗后得到亲水性形状记忆聚合物膜；(4)将亲水性形状记忆聚合物膜一面固定在透明模具中，将水凝胶前驱体溶液注入模具中，进行紫外光固化，得到聚合物膜
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水凝胶双层结构复合材料；(5)将聚合物膜
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水凝胶双层结构复合材料的水凝胶一面固定在透明模具中，将水凝胶前驱体溶液注入模具中，进行紫外光固化，得到水凝胶
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聚合物膜
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水凝胶三层结构复合材料；(6)将水凝胶
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聚合物膜
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水凝胶三层结构复合材料进行失水处理，得到阻燃快速软体驱动器。2.根据权利要求1所述一种基于形状记忆效应的阻燃快速软体驱动器的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述聚合物膜
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水凝胶双层结构复合材料和步骤(5)所述水凝胶
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聚合物膜
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水凝胶双层结构复合材料中，聚合物膜和水凝胶的厚度比均为5:1～1:2；步骤(6)所述失水处理后，水凝胶
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聚合物膜
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水凝胶三层结构复合材料中一面水凝胶的厚度变为原来的20～100％，且不能为100％，另一面水凝胶以及聚合物膜的厚度不变。3.根据权利要求2所述一种基于形状记忆效应的阻燃快速软体驱动器的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述聚合物膜
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水凝胶双层结构复合材料和步骤(5)所述水凝胶
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聚合物膜
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水凝胶双层结构复合材料中，聚合物膜厚度为1000μm，水凝胶厚度为200～2000μm；步骤(6)所述失水处理后，水凝胶
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聚合物...

【专利技术属性】
技术研发人员：江赛华，梁梓维，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：