[发明专利]一种自驱动苯硼酸水凝胶驱动器及其制备方法

说明书

本发明公开一种自驱动苯硼酸水凝胶驱动器及其制备方法。苯硼酸水凝胶是由3‑丙烯酰胺基苯硼酸单体、丙烯酸类单体、2‑羟乙基甲基丙烯酸单体及化学交联剂N,N'‑亚甲基双丙烯酰胺、无机交联剂人造水辉石通过自由基共聚得到；通过外力将水凝胶在碱性溶液中固定为临时形状得到水凝胶驱动器，该水凝胶驱动器可通过改变溶液的pH的方法使其在溶液中实现自发形状改变的驱动功能。本发明在水溶液中一步法合成苯硼酸水凝胶，无需先在有机溶剂中合成，克服了苯硼酸水凝胶合成过程中通常使用有机溶剂的缺点，同时消除了3‑丙烯酰胺基苯硼酸单体在水中溶解度低的弱点。此方法还在提高苯硼酸含量的同时避免了污染性和毒性有机溶剂的使用。

技术领域

本发明涉及功能性水凝胶的智能驱动器材料领域，具体涉及一种自驱动苯硼酸水凝胶驱动器及其制备方法。

背景技术

水凝胶由于含有大量的水，并且具有完善的三维网络结构赋予其软物质的特性，具有弱刺激-强响应、少添加-大效果、驱动条件温和等优点；而软物质驱动器特别是水凝胶驱动器在智能器件领域的发展日益受到关注。在凝胶驱动器的研究中，形状记忆凝胶驱动器可以从临时形状回复到原始形状，为目前研究颇为广泛的一种水凝胶驱动器。但目前报道的形状记忆水凝胶驱动器的每一个驱动周期都需要先用外力将凝胶固定为一个临时形状（Chem. Sci., 2016, 7, 6715-6720，Polym. Chem., 2016, 7, 5343-53460），而无法实现凝胶自发的在临时形状与原始形状之间转换，因此凝胶驱动器的操作方式比较复杂，大大制约了水凝胶在驱动器领域的应用。

苯硼酸水凝胶是包含苯硼酸基团的一种水凝胶，在碱性环境中可以与多羟基形成硼酸酯键，在酸性环境中又可以断开已经形成的硼酸酯键，具有特殊的pH响应性。但由于3-丙烯酰胺基苯硼酸在水中的溶解度不高，要得到含苯硼酸含量较高的水凝胶一般是先在有机溶剂中合成有机凝胶，然后再将有机凝胶浸泡在水中进行置换得到水凝胶（如：Macromol. Rapid Commun. 2013, 34, 63），此过程较为复杂，且引入的有机溶剂通常具有污染性或毒性，较难彻底除去，因此水凝胶的应用会大大受限。针对这些缺点，我们创造性地制备了一种具有pH响应性的苯硼酸水凝胶驱动器，使用2-羟乙基甲基丙烯酸单体溶解3-丙烯酰胺基苯硼酸单体，一方面提高3-丙烯酰胺基苯硼酸的溶解度，在提高苯硼酸含量的同时避免了有机溶剂的使用，另一方面两者还可以为水凝胶网络提供新的交联点，使凝胶具有较高的强度；再与同样具有pH响应的丙烯酸类水凝胶进行有机结合，以共聚的方式得到同时含有苯硼酸和丙烯酸的水凝胶，通过改变溶液的pH使水凝胶强度和溶胀度发生协同改变，可实现水凝胶的自发形状记忆和驱动的功能，为可持续自发驱动的水凝胶驱动器的制备提供新的思路和材料。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种自驱动苯硼酸水凝胶驱动器及其制备方法。

本发明的苯硼酸水凝胶是由3-丙烯酰胺基苯硼酸单体、丙烯酸类单体、2-羟乙基甲基丙烯酸单体及化学交联剂N, N'-亚甲基双丙烯酰胺、无机交联剂人造水辉石通过自由基共聚得到；通过外力将水凝胶在碱性溶液中固定为临时形状得到水凝胶驱动器，该水凝胶驱动器可通过改变溶液的pH的方法使其在溶液中实现自发形状改变的驱动功能。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种自驱动苯硼酸水凝胶驱动器及其制备方法，包括如下步骤：