專利名稱：一種電場(chǎng)磁場(chǎng)下響應(yīng)的傳感材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
該發(fā)明涉及本發(fā)明涉及一種電場(chǎng)磁場(chǎng)下響應(yīng)的傳感材料,是一種PDMS/PVA的多層高分子凝膠，屬于功能高分子材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
過(guò)去的幾年里，人們開始對(duì)新型智能材料的開發(fā)產(chǎn)生了極大的興趣。這些新型的智能材料包括生物材料、自組裝材料、復(fù)集合流體材料以及高分子凝膠等；但是人們發(fā)現(xiàn)還沒(méi)有哪種智能材料能像高分子凝膠智能材料那樣可以對(duì)多重的外場(chǎng)刺激產(chǎn)生響應(yīng)。這些外場(chǎng)刺激通常包括溫度、溶劑、PH值、離子、分子、光、電、磁等。同時(shí)這種材料對(duì)外場(chǎng)響應(yīng)時(shí)可以產(chǎn)生多種變化，包括體積的膨脹收縮、力學(xué)性能的變化、光電性質(zhì)的變化等。在過(guò)去的時(shí)間里，人們已經(jīng)在智能高分子凝膠領(lǐng)域取得了重要的進(jìn)展。具有電磁響應(yīng)的膠體粒子能夠與高分子凝膠形成復(fù)合物。這些膠體粒子可以使高分子凝膠在外場(chǎng)刺激時(shí)發(fā)生形變。當(dāng)施加電場(chǎng)或磁場(chǎng)時(shí)，高分子凝膠的形狀發(fā)生變化，當(dāng)撤去外場(chǎng)時(shí)，形狀回復(fù)原樣。基于這些特點(diǎn).電磁響應(yīng)的智能材料可以用來(lái)設(shè)計(jì)成新型的驅(qū)動(dòng)器、閥、馬達(dá)，以及藥物輸運(yùn)裝置。智能材料在外界環(huán)境或內(nèi)部狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)能對(duì)之做出適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)并能產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作，是可以作為人造肌肉的驅(qū)動(dòng)材料。目前可以用作人造肌肉的材料主要有導(dǎo)電橡膠、導(dǎo)電高分子、壓電陶瓷、碳納米管、高分子凝膠等。但由于材料本身的限制使其均存在一定的缺陷，例如導(dǎo)電橡膠驅(qū)動(dòng)電壓太大，導(dǎo)電高分子、壓電陶瓷的形變量太小，水凝膠的響應(yīng)速度太慢等等。日前人們致力于發(fā)展新型的人造肌肉材料，它應(yīng)具備最基本的兩個(gè)條件:
(I)響應(yīng)速度快；(2)可以方便地控制材料的驅(qū)動(dòng)?，F(xiàn)在的驅(qū)動(dòng)材料大都是依靠材料本身體積的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)的，例如導(dǎo)電高分子、水凝膠、碳納米管等，而動(dòng)物的肌肉組織通常都是因發(fā)生形變而達(dá)到驅(qū)動(dòng)的效果。因此，設(shè)計(jì)和發(fā)展類似肌肉組織的因形變而達(dá)到驅(qū)動(dòng)效果的新型材料將成為一種新的需求。高分子凝膠是由液體和高分子網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，液體被封閉在高分子網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，由于液體和高分子網(wǎng)絡(luò)的柔和性以及對(duì)周圍環(huán)境變化的響應(yīng)性，使高分子凝膠在人造肌肉材料的選擇中，成為最侍的選擇之一。目前電場(chǎng)與磁場(chǎng)是最容易進(jìn)行信號(hào)控制的手段，因此，發(fā)展新型的能夠?qū)﹄妶?chǎng)和磁場(chǎng)進(jìn)行響應(yīng)的高分子凝膠、高分子流變體等是我們目前重點(diǎn)發(fā)展的方向。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種電場(chǎng)磁場(chǎng)下響應(yīng)的傳感材料及其制備方法，本發(fā)明采用廉價(jià)易得的材料制備出相互作用性很強(qiáng)并且具有電場(chǎng)、磁場(chǎng)響應(yīng)性的粒子填充到聚合物的網(wǎng)絡(luò)中，所形成的復(fù)合凝膠，能夠提供穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。技術(shù)方案:一種電場(chǎng)磁場(chǎng)下響應(yīng)的傳感材料，其特征在于:包括中間的聚酯無(wú)紡布支撐層和對(duì)稱設(shè)置的PDMS/PVA多層復(fù)合膜，所述支撐層兩側(cè)為50 μ mPVA多孔底膜，所述底膜外側(cè)為兩層10-20μπι的PDMS選擇層。本發(fā)明的關(guān)鍵在于采用廉價(jià)易得的醇透材料PDMS,制備出具有PDMS/PVA/無(wú)紡布/PVA/PDMS多層復(fù)合高分子凝膠，其特征在于聚乙烯醇凝膠能夠提供穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而成為非常好的可以與其他物質(zhì)進(jìn)行復(fù)合的材料，PVA高分子與PDMS高分子鏈之間很好的纏繞在一起，形成穩(wěn)定的復(fù)合凝膠結(jié)構(gòu)。所述的傳感材料的制備方法，包括以下步驟:
a)將PVA溶于有機(jī)溶劑，配制濃度為1(Γ20%的PVA溶液，在55 85°C下攪拌均勻，過(guò)濾，脫泡，在聚酯無(wú)紡布的一側(cè)直接刮膜，水為凝膠浴，采用浸沒(méi)沉淀相轉(zhuǎn)化法得到無(wú)紡布支撐的50 μ mPVA多孔底膜，待溶劑交換徹底徹底后，用乙醇浸泡底膜5-10min，自然晾干；然后以同樣的方法在無(wú)紡布另一側(cè)制得50PVA多孔底膜，乙醇浸泡底膜5-10min，自然晾干；
b)將質(zhì)量比為40:2:1的PDMS、交聯(lián)劑、催化劑二月桂酸二丁基錫溶于有機(jī)溶劑中，配制成重量百分百數(shù)109Γ30%的溶液，攪拌均勻，在未發(fā)生凝膠前將支撐PVA底層凝膠置于溶液中flOmin，取出后自然晾干，以交聯(lián)完全，PDMS選擇層凝膠厚為10 20 μ m。步驟a中的有機(jī)溶劑為N，N- 二甲基乙酰胺，N, N- 二甲基乙酰胺，磷酸三乙酯，N-甲基吡咯烷酮中任意一種。所述 的PDMS選擇層粘度為500(T50000mPa*s。步驟b中所述溶劑為正庚烷、正已烷、四氫呋喃中的任意一種。步驟b中所述交聯(lián)劑為甲級(jí)三丁酮肟基硅烷，乙烯基三丁酮肟基硅烷，二甲基二乙氧基硅烷，三甲基乙氧基硅烷中的一種或多種組合。有益效果:本發(fā)明所制備的PDMS/PVA符合高分子凝膠，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本較低?？梢园严嗷プ饔眯院軓?qiáng)并且具有電場(chǎng)、磁場(chǎng)響應(yīng)性的粒子填充到聚合物的網(wǎng)絡(luò)中，所形成的復(fù)合凝膠稱為外場(chǎng)響應(yīng)性凝膠。聚合物網(wǎng)絡(luò)應(yīng)當(dāng)是由具有流動(dòng)性的高分子主鏈相互交聯(lián)而成。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。實(shí)施實(shí)例I
a)PVA多孔高分子凝膠底膜的制備方法，將IOg的PVA溶于40gN，N- 二甲基乙酰胺，配制濃度為20% (wt)的PVA溶液，在85°C下攪拌均勻，過(guò)濾，脫泡，在聚酯無(wú)紡布的一側(cè)直接刮膜，水為凝膠浴，采用浸沒(méi)沉淀相轉(zhuǎn)化法得到無(wú)紡布支撐的50 μ m PVA多孔底膜，待溶劑交換徹底徹底后，用乙醇浸泡底膜lOmin，自然晾干；然后以同樣的方法在無(wú)紡布另一側(cè)制得50 μ m PVA多孔高分子凝膠，乙醇浸泡底膜lOmin，自然晾干。b)PDMS層的制備方法，其特征在于:將IOg粘度為5000的PDMS、0.5g甲基三丁酮肟基硅烷、0.25g催化劑二月桂酸二丁基錫，溶于正己烷中，配制成濃度為10%(wt)的溶液，攪拌均勻，在未發(fā)生凝膠前將無(wú)紡布支撐的PVA復(fù)合多層凝膠置于溶液中l(wèi)min，取出后自然晾干，以交聯(lián)完全，PDMS層厚為10 μ m。實(shí)施實(shí)例2
a) PVA多孔高分子凝膠底膜的制備方法，將5g的PVA溶于45gN_甲基吡咯烷酮，配制濃度為10% (wt)的PVA溶液，在55°C下攪拌均勻，過(guò)濾，脫泡，在聚酯無(wú)紡布的一側(cè)直接刮膜，水為凝膠浴，采用浸沒(méi)沉淀相轉(zhuǎn)化法得到無(wú)紡布支撐的50 μ m PVA多孔底膜，待溶劑交換徹底徹底后，用乙醇浸泡底膜5min，自然晾干；然后以同樣的方法在無(wú)紡布另一側(cè)制得50 μ m的PVA多孔高分子凝膠，乙醇浸泡底膜lOmin，自然晾干。b)PDMS層的制備方法，其特征在于:將8g粘度為50000的PDMS、0.4g 二甲基二乙氧基硅烷、0.2g催化劑二月桂酸二丁基錫，溶于正庚烷中，配制成濃度為30% (wt)的溶液，攪拌均勻，在未發(fā)生凝膠前將無(wú)紡布支撐的PVA復(fù)合多層凝膠置于溶液中l(wèi)min，取出后自然晾干，以交聯(lián)完全，PDMS層厚為20 μ m。實(shí)施實(shí)例3
a) PVA多孔高分子凝膠底膜的制備方法，將5g的PVA溶于35gN_甲基吡咯烷酮，配制濃度為12.5% (w t)的PVA溶液，在75°C下攪拌均勻，過(guò)濾，脫泡，在聚酯無(wú)紡布的一側(cè)直接刮膜，水為凝膠浴，采用浸沒(méi)沉淀相轉(zhuǎn)化法得到無(wú)紡布支撐的50 μ m PVA多孔底膜，待溶劑交換徹底徹底后，用乙醇浸泡底膜5min，自然晾干；然后以同樣的方法在無(wú)紡布另一側(cè)制得50μπι的PVA多孔高分子凝膠，乙醇浸泡底膜5min，自然晾干。b)PDMS層的制備方法，其特征在于:將8g粘度為10000的PDMS、0.2g甲基三丁酮月虧基娃燒和0.2g乙稀基二丁麗月虧基娃燒、0.2g催化劑二月桂酸_二丁基錫，溶于正庚燒中，配制成濃度為12% (wt)的溶液，攪拌均勻，在未發(fā)生凝膠前將無(wú)紡布支撐的PVA復(fù)合多層凝膠置于溶液中5min，取出后自然晾干，以交聯(lián)完全，PDMS層厚為20 μ m。實(shí)施實(shí)例4
a) PVA多孔高分子凝膠底膜的制備方法，將4g的PVA溶于36gN_甲基吡咯烷酮，配制濃度為10% (wt)的PVA溶液，在60°C下攪拌均勻，過(guò)濾，脫泡，在聚酯無(wú)紡布的一側(cè)直接刮膜，水為凝膠浴，采用浸沒(méi)沉淀相轉(zhuǎn)化法得到無(wú)紡布支撐的50 μ m PVA多孔底膜，待溶劑交換徹底徹底后，用乙醇浸泡底膜5min，自然晾干；然后以同樣的方法在無(wú)紡布另一側(cè)制得50 μ m的PVA多孔高分子凝膠，乙醇浸泡底膜8min，自然晾干。b)PDMS層的制備方法，其特征在于:將6g粘度為10000的PDMS、0.3g三甲基甲基乙氧基硅烷、0.15g催化劑二月桂酸二丁基錫，溶于正庚烷中，配制成濃度為15% (wt)的溶液，攪拌均勻，在未發(fā)生凝膠前將無(wú)紡布支撐的PVA復(fù)合多層凝膠置于溶液中5min，取出后自然晾干，以交聯(lián)完全，PDMS層厚為12 μ m。
權(quán)利要求
1.一種電場(chǎng)磁場(chǎng)下響應(yīng)的傳感材料，其特征在于:包括中間的聚酯無(wú)紡布支撐層和對(duì)稱設(shè)置的PDMS/PVA多層復(fù)合膜，所述支撐層兩側(cè)為50 u mPVA多孔底膜，所述底膜外側(cè)為兩層10-20 ii m的I3DMS選擇層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: a)將PVA溶于有機(jī)溶劑，配制濃度為1(T20%的PVA溶液，在55 85°C下攪拌均勻，過(guò)濾，脫泡，在聚酯無(wú)紡布的一側(cè)直接刮膜，水為凝膠浴，采用浸沒(méi)沉淀相轉(zhuǎn)化法得到無(wú)紡布支撐的50iimPVA多孔底膜，待溶劑交換徹底徹底后，用乙醇浸泡底膜5-10min，自然晾干；然后以同樣的方法 在無(wú)紡布另一側(cè)制得50 u mPVA多孔底膜，乙醇浸泡底膜5-10min，自然晾干； b)將質(zhì)量比為40:2:1的P DMS、交聯(lián)劑、催化劑二月桂酸二丁基錫溶于有機(jī)溶劑中，配制成重量百分百數(shù)109^30%的溶液，攪拌均勻，在未發(fā)生凝膠前將支撐PVA底層凝膠置于溶液中flOmin，取出后自然晾干，以交聯(lián)完全，PDMS選擇層凝膠厚為10 20 y m。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的傳感材料的制備方法，其特征在于:步驟a中的有機(jī)溶劑為N，N- 二甲基乙酰胺，N，N- 二甲基乙酰胺，磷酸三乙酯，N-甲基吡咯烷酮中任意一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的傳感材料的制備方法，其特征在于:所述的PDMS選擇層粘度為 5000 50000mPa*s。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的傳感材料的制備方法，其特征在于:步驟b中所述溶劑為正庚烷、正已烷、四氫呋喃中的任意一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的傳感材料的制備方法，其特征在于:步驟b中所述交聯(lián)劑為甲級(jí)二丁麗月虧基娃燒，乙稀基二丁麗月虧基娃燒，~■甲基~■乙氧基娃燒，二甲基乙氧基娃燒中的一種或多種組合。
全文摘要
一種電場(chǎng)磁場(chǎng)下響應(yīng)的傳感材料，其特征在于包括中間的聚酯無(wú)紡布支撐層和對(duì)稱設(shè)置的PDMS/PVA多層復(fù)合膜，所述支撐層兩側(cè)為50μmPVA多孔底膜，所述底膜外側(cè)為兩層10-20μm的PDMS選擇層。有益效果本發(fā)明所制備的PDMS/PVA符合高分子凝膠，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本較低?？梢园严嗷プ饔眯院軓?qiáng)并且具有電場(chǎng)、磁場(chǎng)響應(yīng)性的粒子填充到聚合物的網(wǎng)絡(luò)中，所形成的復(fù)合凝膠稱為外場(chǎng)響應(yīng)性凝膠。聚合物網(wǎng)絡(luò)應(yīng)當(dāng)是由具有流動(dòng)性的高分子主鏈相互交聯(lián)而成。
文檔編號(hào)C08J3/24GK103203903SQ20131009558
公開日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2013年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月25日
發(fā)明者劉祥濤, 嚴(yán)玉, 徐斌, 戴金華 申請(qǐng)人:海龍核材科技(江蘇)有限公司