[发明专利]一种采用微波真空低温干燥技术的海藻酸钙电致动膜的制备方法

说明书

本发明提供一种采用微波真空低温干燥技术的海藻酸钙电致动膜的制备方法，采用微波真空低温干燥技术，通过结合微波干燥和真空干燥两项技术，充分综合地发挥了其各自优点。以天然高分子的生物材料，海藻酸钠为成膜主料、交联剂CaCl₂、添加增塑剂甘油和助塑剂十二烷基硫酸钠，制备具有三维网状凝胶结构的海藻酸钙电致动膜。原料来源广泛、成本低廉，制得电致动膜无毒无味、可生物降解。经微波真空干燥后，其多级孔质结构相互贯通、规整，内外层Ca²⁺离子交联全面均匀，致动性能优异可控、使用寿命长。本发明的制备海藻酸钙电致动膜的微波真空低温干燥技术，节能高效、无污染，最有利于对加热速率和均匀性要求都很高的高分子材料合成与固化反应。

技术领域

本发明涉及一种海藻酸钙电致动膜的制备工艺方法，尤其涉及一种采用微波真空低温干燥技术的海藻酸钙电致动膜的制备方法。

背景技术

当外界条件发生改变(如环境温度、湿度、光照条件和pH数值等)或受到电场、磁场、超声和微波辐射等作用时，智能凝胶(又称“刺激响应性聚合物”)具有相应的敏感反应，因而在仿生工程、微机械和生物医药科学等领域都有着广泛的应用前景。但是目前用于智能凝胶的材料，主要是人工合成高分子聚合物，而对天然高分子材料的研究探索则相对很少。与人工合成的高分子聚合物相比，许多天然高分子材料具有生物相容性好、亲水性强和可生物降解等优点；对其进行有关刺激响应性能的研究，不仅可以突破其传统应用领域，而且可以拓展现有的用于制备智能凝胶的材料种类。其中，海藻酸钠是一种从海带、马尾藻等褐藻中提取的天然高分子多糖，其结构是直链型(1-4)链合古罗糖醛酸与甘露糖醛的共聚物。由于其分子链上含有大量的羧基和羟基，能与Ca²⁺离子发生螯合作用，形成既有良好机械强度又有弹性、韧性的交联海藻酸钙电致动膜。此外，它的电致动性能因海藻酸钠浓度、结合钙离子量和凝胶化条件的不同而具有显著差异。因此，有必要探究一种效果显著、绿色环保且可普遍应用的海藻酸钙电致动膜的制备工艺方法，以进一步提高其致动性能与实际用途。

《高分子材料科学与工程》期刊，2017年刊登的《基于电诱导沉积方法制备海藻酸钙水凝胶》文章中应用了一种基于电诱导沉积原理，使用海藻酸钠和CaCO₃混合溶液制备海藻酸钙水凝胶的方法。然而，该方法需要与结构复杂的3D打印系统配合使用，并配备高精度直流稳压电源，这导致其成本高昂、操作难度大、后处理繁琐且容易堵塞打印喷头。由于CaCO₃溶液释放Ca²⁺离子浓度较少，使制得海藻酸钙水凝胶的机械强度差，不适用于仿生人工肌肉的电致动膜。除此之外，一般的国内外使用CaCl₂溶液制备海藻酸钙电致动膜的工艺技术方法(如干膜浸泡法、直接混合法等)，都存在着局部过度交联而使得电致动膜僵硬，或交联混合不均匀导致其电致动性能下降且不稳定等问题。

目前所有关于制备海藻酸钙电致动膜的工艺方法研究都是如此，而对其采用微波真空低温干燥技术的制备工艺方法，思路较为创新，至今未见相关工作报道。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种效果显著、绿色环保、成本低廉且可普遍应用的采用微波真空低温干燥技术的海藻酸钙电致动膜的制备方法，即微波真空低温干燥法。同时提供了基于该方法的最佳交联浓度配比与成膜工艺参数，以制备具有良好力学强度、可控稳定性和电致动性能的海藻酸钙凝胶电致动膜；并阐明其先进工艺机理与三维网状内部结构，为仿生人工肌肉领域的进一步性能研究贡献了新思路。

本发明的目的是这样实现的：步骤如下：

步骤1：配制海藻酸钠膜溶液：称量海藻酸钠0.9g于烧杯中，倒入30ml蒸馏水溶解，并将烧杯置于60℃磁力搅拌机上，加热搅拌30min；加入0.2g助塑剂SDS和3ml甘油，继续恒温搅拌20min至完全溶解；将海藻酸钠膜溶液，均匀倾倒在60℃预热的自制的玻璃干燥模具中；