【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高分子功能材料，具体涉及一种具有形状记忆功能的类塑料高含水量水凝胶及其制备方法和应用。
技术介绍
1、塑料是一种生活中很常用的物质，它具有轻便、廉价、易得和较强的力学性能等优势，但是随着塑料的大面积使用，人们发现塑料对于人体健康具有十分不利的影响。除聚乙烯醇外，几乎所有的塑料都表现为明显的疏水性，同时这也意味着塑料的生物相容性比较差。据报道，塑料在人体内累计到一定数量将会很大程度增加癌变的风险。同时塑料也阻止了人体代谢产物的排出，在这样的背景下水凝胶应运而生。随着水凝胶的不断发展，其应用范围也在不断的扩大，例如生物仿生、传感器、软体机器人和智能窗等。特别对于水凝胶这样一种含水的三维网络结构，本身的特性决定其具有较高的含水量，展现出良好的生物相容性。对中等含水量的聚合物水凝胶含水率一般保持在50～70％，与人体内肌肉等结缔组织的含水量几乎一致，但杨氏模量却远低于结缔组织。一般认为，人体的肌肉等结缔组织的杨氏模量保持在20～50mpa，但一般水凝胶的杨氏模量＜1mpa，因此对于制备一种高模量且含水量较高的水凝胶是十分必要的。
2、除此之外，信息加密对于保护信息的安全性至关重要，其中信息隐写是密码学当中的一个重要组成部分，其被广泛应用于信息传递、加密通讯和防伪等领域。形状记忆是指能够在特定的条件下可以保持临时形状并能够恢复到原始状态，因此其可以在隐写术中作为一种信息加密的方式。这也展现出形状记忆水凝胶在加密信息传递、防伪等领域中的巨大潜力，但相对于一般的通过折叠实现信息防伪，将形状记忆和荧光结合，通过折纸隐藏
3、目前对于水凝胶的增强已经有了比较深入的探索，但目前大多数对于水凝胶性能的增强主要通过掺杂其它物质，例如金属离子、纳米微球、双网络拓扑结构等。以fe3+的添加为例，通过将已经制备的水凝胶浸泡在金属离子溶液中，在金属离子与羧基等化学官能团产生络合作用，并形成第二层交联网络后，通过新网络耗散外施加的作用力进而增强水凝胶的力学性能。但显然这种方法也存在明显的缺点，例如需要通过两步操作、离子浸入含量对溶液浓度存在要求、减弱了ph响应、生物相容性变差等。因此寻找一种通过简单的“一锅法”制备出具有较强力学性能的水凝胶具有很大的意义。
技术实现思路
1、针对上述
技术介绍
中存在的不足，本专利技术主要解决现有技术中公开的水凝胶所存在的材质较软、模量小、韧性低、不易形状固定等问题。本专利技术提供一种具有形状记忆功能的类塑料高含水量水凝胶及其制备方法和应用。该方法通过“一锅法”制备出具有较强力学性能的水凝胶，操作简单、无需两步处理，并且不丢失良好的生物相容性，存在更大的应用潜力。本专利技术因为在dmso中完成有机凝胶的制备，所以避免了因氢键和疏水作用引起的网络不均匀，之后随溶剂交换过程而完成氢键的均匀重组，水凝胶表现出良好的力学性能和形状记忆能力。
2、本专利技术第一个目的是提供一种具有形状记忆功能的类塑料高含水量水凝胶，原料包括单体、交联剂、引发剂和有机溶剂；其中，所述单体包括甲基丙烯酸、丙烯酸、n-乙烯基己内酰胺；所述甲基丙烯酸、丙烯酸、n-乙烯基己内酰胺的摩尔比为(10～80)：(10～80)：20。
3、优选的，所述交联剂为n,n’-亚甲基双丙稀酰胺；所述引发剂为偶氮二异丁腈、过硫酸钾或过硫酸铵；所述有机溶剂为二甲基亚砜或n,n-二甲基甲酰胺。
4、优选的，所述交联剂的用量为甲基丙烯酸、丙烯酸和n-乙烯基己内酰胺总摩尔量的1～2.5％；所述引发剂的加入量为甲基丙烯酸、丙烯酸、n-乙烯基己内酰胺和交联剂总质量的1～5％。
5、优选的，所述有机溶剂的加入量为甲基丙烯酸、丙烯酸、n-乙烯基己内酰胺和交联剂总摩尔浓度为3mol/l时的质量。
6、本专利技术第二个目的是提供一种具有形状记忆功能的类塑料高含水量水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
7、将单体、交联剂、引发剂加入至有机溶剂，混合均匀，得到前驱溶液；
8、将前驱溶液注入模具中，于55～75℃反应6～12h，获得有机凝胶；
9、将有机凝胶置于去离子水中透析7～14天，即得具有形状记忆功能的类塑料高含水量水凝胶。
10、优选的，所述模具包括叠层设置的两个玻璃板，以及两个所述玻璃板之间夹持的硅胶片，所述硅胶片中间开设有通孔；所述通孔与其两端的玻璃板形成用于注射前驱溶液的密闭腔体；其中，所述硅胶片的厚度为0.5～3mm。
11、优选的，所述透析时，直到水凝胶的质量不再发生改变为止。
12、本专利技术第三个目的是提供一种具有形状记忆功能的类塑料高含水量水凝胶在制作不同可编程形状的形状记忆、肌肉仿生或多重信息防伪中的应用。
13、优选的，所述水凝胶置于80℃的去离子中处理后用于制作不同形状，并且在室温的去离子水中固定形状；使用后，将其重新放入到80℃的去离子水中重新恢复至初始状态。
14、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
15、本专利技术提供了一种具有形状记忆功能的类塑料高含水量水凝胶及其制备方法和应用；本专利技术通过采用可以“破坏”氢键的有机水溶性溶剂二甲基亚砜，有效的避免了聚合过程中因为单体之间氢键而引起的网络不均匀，保证了网络结构的均一化，延迟了因应力集中而使水凝胶产生裂纹的现象，有效提高材料的力学性能。
16、本专利技术通过提高水凝胶中疏水基团(-ch3)的含量，在增大水凝胶内部的疏水缔合作用时，也因为分子链间被拉近而增强了氢键作用，二者相互协同，通过缔合作用共同约束了水凝胶中的分子链的运动，使水凝胶表现为玻璃态(玻璃化转变温度在70-80℃间)，力学性能得到很大的提升，杨氏模量从初始的40kpa上升到35mpa，提高876倍。并且，本专利技术改变的组分不是简单的能够确定的。
17、本专利技术的具有形状记忆功能的类塑料高含水量水凝胶具备形状记忆能力，可以实现剪纸、折纸等功能，并且展现了在人工肌肉和信息防伪等方面的潜在应用。
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1.一种具有形状记忆功能的类塑料高含水量水凝胶，其特征在于，原料包括单体、交联剂、引发剂和有机溶剂；
2.根据权利要求1所述的具有形状记忆功能的类塑料高含水量水凝胶，其特征在于，所述交联剂为N,N’-亚甲基双丙稀酰胺；所述引发剂为偶氮二异丁腈、过硫酸钾或过硫酸铵；所述有机溶剂为二甲基亚砜或N,N-二甲基甲酰胺。
3.根据权利要求1所述的具有形状记忆功能的类塑料高含水量水凝胶，其特征在于，所述交联剂的用量为甲基丙烯酸、丙烯酸和N-乙烯基己内酰胺总摩尔量的1～2.5％；所述引发剂的加入量为甲基丙烯酸、丙烯酸、N-乙烯基己内酰胺和交联剂总质量的1～5％。
4.根据权利要求1所述的具有形状记忆功能的类塑料高含水量水凝胶，其特征在于，所述有机溶剂的加入量为甲基丙烯酸、丙烯酸、N-乙烯基己内酰胺和交联剂总摩尔浓度为3mol/L时的质量。
5.一种权利要求1～4任一项所述的具有形状记忆功能的类塑料高含水量水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的具有形状记忆功能的类塑料高含水量水凝胶的制备方法，其特征在于，
7.根据权利要求5所述的具有形状记忆功能的类塑料高含水量水凝胶的制备方法，其特征在于，所述透析时，直到水凝胶的质量不再发生改变为止。
8.一种权利要求1～4任一项所述的具有形状记忆功能的类塑料高含水量水凝胶在制作不同可编程形状的形状记忆、肌肉仿生或多重信息防伪中的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述水凝胶置于80℃的去离子中处理后用于制作不同形状，并且在室温的去离子水中固定形状；使用后，将其重新放入到80℃的去离子水中重新恢复至初始状态。
...【技术特征摘要】
1.一种具有形状记忆功能的类塑料高含水量水凝胶，其特征在于，原料包括单体、交联剂、引发剂和有机溶剂；
2.根据权利要求1所述的具有形状记忆功能的类塑料高含水量水凝胶，其特征在于，所述交联剂为n,n’-亚甲基双丙稀酰胺；所述引发剂为偶氮二异丁腈、过硫酸钾或过硫酸铵；所述有机溶剂为二甲基亚砜或n,n-二甲基甲酰胺。
3.根据权利要求1所述的具有形状记忆功能的类塑料高含水量水凝胶，其特征在于，所述交联剂的用量为甲基丙烯酸、丙烯酸和n-乙烯基己内酰胺总摩尔量的1～2.5％；所述引发剂的加入量为甲基丙烯酸、丙烯酸、n-乙烯基己内酰胺和交联剂总质量的1～5％。
4.根据权利要求1所述的具有形状记忆功能的类塑料高含水量水凝胶，其特征在于，所述有机溶剂的加入量为甲基丙烯酸、丙烯酸、n-乙烯基己内酰胺和交联剂总摩尔浓度为3mol/l时的质量。
5.一种权利要求1～4任一项所述的具有形状记忆功能的类塑料...
【专利技术属性】
技术研发人员：张秋禹，程瑞栋，张学辉，尹德忠，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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