一种高强度磁场响应润滑水凝胶及其制备方法

本发明属于磁场响应水凝胶领域，涉及一种高强度磁场响应润滑水凝胶及其制备方法。

背景技术：

1、响应性软体驱动器为医学、电子、自主机器人、纳米技术、环境监测等领域提供多功能性、自适应性和高效性的解决方案。这些驱动器通常需要依赖外部刺激来改变其形状、硬度或运动状态，而磁场作为一种远程操作、非接触控制和高效能的外部刺激源，在医疗材料、软体驱动器等领域表现出广泛的应用前景。同时，水凝胶作为一种特殊的软材料，以其高含水量、卓越的形变性能和对外界刺激高度敏感的特点备受关注，特别是在智能软体驱动器和软体机器人等领域。磁场响应水凝胶驱动器在外部磁场的作用下，不仅能够产生所需的驱动力，还可实现凝胶到溶胶状态的可逆转化，从而保持在凝胶和溶胶状态之间。这个过程还导致溶胶层在材料表面生成，起到润滑作用，从而有效减小与其他表面的摩擦，提高了驱动器的可控性和运动效率。另外，为了增强磁场响应水凝胶驱动器的力学性能，将共价网络引入到磁场响应超分子网络中，使其具备高强度和可调控的润滑特性。因此，磁场响应水凝胶在软体驱动和智能传感等领域具有广泛的应用潜力，为实现多领域创新提供了有力的支持。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种高强度磁场响应水凝胶及其制备方法，该方法包括建立共价网络结构，并在该结构中引入超分子组分，当超分子组分受到外界磁场的激发时，它将发生可逆的凝胶-溶胶状态转化，在材料表面生成润滑层，从而实现了智能可控的形态转变和润滑功能。

2、本发明提供一种高强度磁场响应润滑水凝胶的制备方法，包括：

3、步骤一：将刚性高分子单体加入到柔性高分子单体的溶液中加热，得到透明的溶液；

4、步骤二：将磁性单体和一部分功能性基团单体搅拌，然后再分批加入另外一部分功能性基团单体，得到修饰的磁性粒子；

5、步骤三：将步骤二制备得到的修饰的磁性粒子和具有可以自组装能力的单体混合溶解，然后加入到步骤一得到的溶液中，再加入交联剂和引发剂进行水浴加热反应，得到高强度磁场响应润滑水凝胶。

6、优选的，所述的柔性高分子单体为聚乙烯醇、丙烯酰胺、丙烯酸、聚醋酸乙烯酯、卡拉胶、结冷胶、聚丙烯酰胺、聚乙二醇、聚丙烯酸、胶原、八臂聚乙烯醇、聚羟乙基丙烯酸酯、丙烯酸钠、丙烯酰甘氨酰胺或聚乙二醇二丙烯酸脂。

7、优选的，所述的刚性高分子单体包括：透明质酸、羧甲基纤维素、海藻酸钠、乙烯苯三唑、聚(2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸)、聚(2,2-二磺酰基-4,4-联苯胺对苯二甲酰胺)、琼脂糖、壳聚糖、聚(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠)、2,2,2-三氟乙基丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸2-羟乙酯、2-苯氧基乙基丙烯酸酯或聚醚氨脂。

8、优选的，步骤一所述的反应温度为60-80℃，反应时间为2-6小时。

9、优选的，步骤二所述的磁性单体为四氧化三铁纳米粒子、铁粉、镍纳米线、铷磁铁、铁酸锰或铁酸钴。

10、优选的，步骤二所述的功能性单体为氨丙基三乙氧基硅烷、[3-(n,n-二甲氨基)丙基]三甲氧基硅烷、三甲氧基[3-(甲氨基)丙基]硅烷、多巴胺或聚乙二醇。

11、优选的，步骤三所述的具有可以自组装能力的单体为(s)-2-((s)-2-(2-(萘-6-基)乙酰氨基)-3-苯基丙胺)-3-苯基丙酸、明胶、胶原或肽的衍生物。

12、优选的，步骤三所述的引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵或2-氧代戊二酸；交联剂为戊二醛、硼酸、硼砂、京尼平、n,n-亚甲基双丙烯酰胺、钙离子溶液、乙二醇二乙酯、氯化钾。

13、本发明提供一种高强度磁场响应润滑水凝胶的制备方法，包括：

14、步骤一：将磁性单体和一部分功能性基团单体搅拌，然后再分批加入另外一部分功能性基团单体，得到修饰的磁性粒子；

15、步骤二：将步骤一制备得到的修饰的磁性粒子和具有可以自组装能力的单体混合溶解，之后加入刚性高分子单体或者柔性高分子单体的溶液中超声，冷却至室温后注入模具中，然后进行冷冻得到高强度磁场响应润滑水凝胶。

16、本发明还提供上述制备方法得到的高强度磁场响应润滑水凝胶。

17、本发明的有益效果

18、本发明提供一种高强度磁场响应水凝胶及其制备方法，该方法包括建立共价网络结构，并在该结构中引入超分子组分，共价网络提供了卓越的力学性能，而超分子组分充当磁场响应的组成部分。当超分子组分受到外界磁场的激发时，它将发生可逆的凝胶-溶胶状态转化，在材料表面生成润滑层，从而实现了智能可控的形态转变和润滑功能。本发明的制备方法操作简便，成本低廉，无需特殊设备，因此在工业大规模应用方面具有巨大潜力。

技术特征：

1.一种高强度磁场响应润滑水凝胶的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种高强度磁场响应润滑水凝胶的制备方法，其特征在于，所述的柔性高分子单体为聚乙烯醇、丙烯酰胺、丙烯酸、聚醋酸乙烯酯、卡拉胶、结冷胶、聚丙烯酰胺、聚乙二醇、聚丙烯酸、胶原、八臂聚乙烯醇、聚羟乙基丙烯酸酯、丙烯酸钠、丙烯酰甘氨酰胺或聚乙二醇二丙烯酸脂。

3.根据权利要求1所述的一种高强度磁场响应润滑水凝胶的制备方法，其特征在于，所述的刚性高分子单体包括：透明质酸、羧甲基纤维素、海藻酸钠、乙烯苯三唑、聚(2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸)、聚(2,2-二磺酰基-4,4-联苯胺对苯二甲酰胺)、琼脂糖、壳聚糖、聚(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠)、2,2,2-三氟乙基丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸2-羟乙酯、2-苯氧基乙基丙烯酸酯或聚醚氨脂。

4.根据权利要求1所述的一种高强度磁场响应润滑水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤一所述的反应温度为60-80℃，反应时间为2-6小时。

5.根据权利要求1所述的一种高强度磁场响应润滑水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤二所述的磁性单体为四氧化三铁纳米粒子、铁粉、镍纳米线、铷磁铁、铁酸锰或铁酸钴。

6.根据权利要求1所述的一种高强度磁场响应润滑水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤二所述的功能性单体为氨丙基三乙氧基硅烷、[3-(n,n-二甲氨基)丙基]三甲氧基硅烷、三甲氧基[3-(甲氨基)丙基]硅烷、多巴胺或聚乙二醇。

7.根据权利要求1所述的一种高强度磁场响应润滑水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤三所述的具有可以自组装能力的单体为(s)-2-((s)-2-(2-(萘-6-基)乙酰氨基)-3-苯基丙胺)-3-苯基丙酸、明胶、胶原或肽的衍生物。

8.根据权利要求1所述的一种高强度磁场响应润滑水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤三所述的引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵或2-氧代戊二酸；交联剂为戊二醛、硼酸、硼砂、京尼平、n,n-亚甲基双丙烯酰胺、钙离子溶液、乙二醇二乙酯、氯化钾。

9.一种高强度磁场响应润滑水凝胶的制备方法，其特征在于，包括：

10.权利要求1或9所述的制备方法得到的高强度磁场响应润滑水凝胶。

技术总结
本发明提供一种高强度磁场响应润滑水凝胶及其制备方法，属于磁场响应水凝胶领域。该方法包括建立共价网络结构，并在该结构中引入超分子组分，共价网络提供了卓越的力学性能，而超分子组分充当磁场响应的组成部分。当超分子组分受到外界磁场的激发时，它将发生可逆的凝胶‑溶胶状态转化，在材料表面生成润滑层，从而实现了智能可控的形态转变和润滑功能。本发明的制备方法操作简便，成本低廉，无需特殊设备，因此在工业大规模应用方面具有巨大潜力。

技术研发人员：宋文龙,高峰
受保护的技术使用者：吉林大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/12