一种湿度驱动的形状记忆聚合物、制备方法及其应用技术

本发明专利技术提供一种湿度驱动的形状记忆聚合物、制备方法及其应用，所述湿度驱动的形状记忆聚合物为以纤维素衍生物作为交联单体，通过化学交联得到的高分子聚合物。该聚合物在湿度的驱动下能够实现多重形状记忆效应，这种湿度响应的形状记忆效应极大拓宽了传统形状记忆高分子材料的热驱动响应机制。此外，本发明专利技术可以采用水作为溶剂，有机多元羧酸作为交联剂，所得到的湿度响应形状记忆高分子具有安全无毒、良好的生物兼容性、可生物降解以及绿色环保等特点，并且制备方法简单，耗时短，效率高，易于大规模生产，具有广阔的应用前景。具有广阔的应用前景。具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种湿度驱动的形状记忆聚合物、制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于高分子材料领域，涉及一种湿度驱动的形状记忆聚合物、制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]近年来，人们对生物医疗器械的需求更加多元，形状记忆聚合物材料是指聚合物材料在一定的条件下改变其初始形状并固定后，通过外界条件(如热、光、电、化学感应)等的刺激，又可恢复其初始形状的高分子材料。其具有易于大范围调控的物理化学性质、易加工、能记忆不同条件下的形状并通过条件的改变回到原本形状的能力，被广泛应用于医疗器械、组织工程等众多领域，例如组织支架、伤口自缝合、填充泡沫、避孕环、石膏以及仿生机器人等。目前已有大量的报道通过热、光、电等外界条件驱动的形状记忆聚合物，例如CN103289190A、CN114874410A、CN113416386A中公开的形状记忆聚合物；上述这些形状记忆聚合物材料都表现出良好的形状记忆效应。然而，由于驱动条件的限制，考虑到生物体等应用场景对外界刺激的敏感度和耐受性，以上几种刺激响应机制的形状记忆材料在这些应用中受到诸多限制。
[0003]除了以上这些特征，应用于生物医药等领域的材料还需要具有良好的生物相容性和可生物降解特性。然而，大多数人工合成高分子材料不具备以上这些特性。此外，在形状记忆聚合物的制备过程中，有机溶剂、有毒交联剂和催化剂、引发剂的广泛使用和残留问题、繁琐的制备过程、严格的制备条件也极大限制了形状记忆聚合物的应用。
[0004]羟丙基纤维素作为一种人工合成的纤维素基高分子材料，具有安全无毒、生物兼容以及绿色环保等特点，可被广泛应用于生物医药等领域。然而，采用纤维素衍生物作为原料制备的形状记忆聚合物步骤繁琐，试剂繁多并且会使用到部分有毒试剂。CN108727541A公开了一种纤维素基形状记忆材料的制备方法，先将纤维素衍生物、甲基丙烯酸酐、催化剂反应制备纤维素基大分子单体，再将大分子单体、单体A、单体B、引发剂混合制备纤维素基形状记忆材料。此制备方法需先合成聚合物单体，再将单体反应成链，步骤还是略显冗长。
[0005]因此，在本领域中进一步开发适用于生物体的形状记忆材料是研究的重点。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种湿度驱动的形状记忆聚合物、制备方法及其应用。
[0007]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]一方面，本专利技术提供一种湿度驱动的形状记忆聚合物，所述湿度驱动的形状记忆聚合物为以纤维素衍生物作为交联单体，通过化学交联得到的聚合物。
[0009]在本专利技术中，利用纤维素衍生物通过化学交联构成所述湿度驱动的形状记忆聚合物，安全无毒、具有生物兼容、可生物降解以及绿色环保等特点，在湿度的驱动下能够实现多重形状记忆效应，这种湿度响应的形状记忆效应极大拓宽了传统形状记忆高分子材料的
热驱动响应机制，展现出广阔的应用前景。
[0010]本专利技术的湿度驱动的形状记忆聚合物具有高环境稳定性以及与生物体力学性质兼容及循环稳定性，可应用于生物医用器械、组织工程、软体驱动、仿生机器人、柔性电子等领域。
[0011]优选地，所述纤维素衍生物为水溶性纤维素衍生物。
[0012]优选地，所述水溶性纤维素衍生物为羟丙基纤维素、羟乙基纤维素、甲基纤维素或羟丙基甲基纤维素中的任意一种或至少两种的组合。
[0013]优选地，所述化学交联使用的交联剂为醇类、酸酐类或有机多元羧酸中的任意一种或至少两种的组合。
[0014]优选地，所述有机多元羧酸为柠檬酸、草酸或苹果酸等。
[0015]优选地，所述湿度驱动的形状记忆聚合物的制备原料中交联剂的质量不低于纤维素质量的15％，例如15％、18％、20％、22％、25％、28％、30％、35％或40％等。
[0016]在本专利技术中，通过控制交联剂与纤维素衍生物的用量关系，可以控制湿度驱动的形状记忆聚合物具有适当的交联程度，从而获得较好的形状记忆性能，如果交联剂的用量太少，则无法成功交联，导致聚合物的湿度驱动的形状记忆性能变差；
[0017]在本专利技术中，所述纤维素衍生物在有机多元羧酸的交联作用下，通过酯键形成化学交联。
[0018]另一方面，本专利技术提供一种如上所述的湿度驱动的形状记忆聚合物的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0019]制备得到含有纤维素衍生物的前驱体溶液，而后将所述前驱体溶液进行样品预成型，而后进行干燥和化学交联，得到所述湿度驱动的形状记忆聚合物。
[0020]优选地，所述制备方法包括以下步骤：
[0021]将纤维素衍生物与交联剂加入水中进行混合，得到含有纤维素衍生物的前驱体溶液，将含有纤维素衍生物的前驱体溶液进行样品预成型制成膜，而后干燥，之后进行化学交联，得到所述湿度驱动的形状记忆聚合物。
[0022]本专利技术的原材料为纤维素衍生物与交联剂，无其它试剂，因此制作全程安全无毒、无副产物，成品具有生物兼容、可生物降解以及绿色环保等特点，可被广泛应用于生物医药等领域，制备方法简单，耗时短，效率高，易于大规模生产。
[0023]在本专利技术的制备方法中，所述化学交联使用的交联剂为醇类、酸酐类或有机多元羧酸中的任意一种或至少两种的组合，优选地，所述有机多元羧酸为柠檬酸。
[0024]在本专利技术中，可以采用水作为溶剂，有机多元羧酸作为交联剂，所得到的湿度响应形状记忆高分子具有安全无毒、良好的生物兼容性、可生物降解以及绿色环保等特点。
[0025]优选地，所述纤维素衍生物在水中的质量浓度为3％～60％，例如3％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％或60％。
[0026]优选地，所述交联剂质量不低于纤维素衍生物质量的15％，例如15％、18％、20％、22％、25％、28％、30％、35％或40％等。
[0027]在本专利技术中，所述基板可以选择玻璃片、玻璃板等。
[0028]优选地，所述预成型制成膜的厚度为0.05mm
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3mm，例如0.05mm、0.08mm、0.1mm、0.3mm、0.5mm、0.8mm、1mm、1.5mm、1.8mm、2mm、2.3mm、2.5mm、2.8mm或3mm。
[0029]在本专利技术中，所述预成型的方式没有特别的限制，例如可以选择刮膜、浇筑等方法成型。
[0030]在本专利技术中，所述干燥为在干燥箱中进行干燥。
[0031]在本专利技术中对于干燥的温度和时间没有特别的限制，只要其能够达到干燥的目的即可。优选地，所述干燥的温度小于等于42℃。
[0032]优选地，所述交联的温度为80℃
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175℃(例如80℃、95℃、120℃、150℃或175℃)，交联时间为大于等于14h(例如14h、15h、18h、20h、22h、24h等)。在本专利技术中，交联的温度和时间的选择会影响纤维素衍生物的交联程度，进而影响所得到的聚合物的力学性能以及湿度驱动的形状本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种湿度驱动的形状记忆聚合物，其特征在于，所述湿度驱动的形状记忆聚合物为以纤维素衍生物作为交联单体，通过化学交联得到的聚合物。2.根据权利要求1所述的湿度驱动的形状记忆聚合物，其特征在于，所述纤维素衍生物为水溶性纤维素衍生物；优选地，所述水溶性纤维素衍生物为羟丙基纤维素、羟乙基纤维素、甲基纤维素或羟丙基甲基纤维素中的任意一种或至少两种的组合。3.根据权利要求1或2所述的湿度驱动的形状记忆聚合物，其特征在于，所述化学交联使用的交联剂为醇类、酸酐类或有机多元羧酸中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述有机多元羧酸为柠檬酸、草酸或苹果酸中的任意一种或至少两种的组合。4.根据权利要求1
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3中任一项所述的湿度驱动的形状记忆聚合物，其特征在于，所述湿度驱动的形状记忆聚合物的制备原料中交联剂质量不低于纤维素衍生物质量的15％。5.根据权利要求1
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4中任一项所述的湿度驱动的形状记忆聚合物的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：制备得到含有纤维素衍生物的前驱体溶液，而后将所述前驱体溶液进行样品预成型，而后进行干燥和化学交联，得到所述湿度驱动的形状记忆聚合物。6.根据权利要求5所述的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄思雅，杜波彦，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：