專利名稱：一種電場磁場下響應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)明涉及一種電場磁場下響應的傳感材料,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)：
過去的幾年里，人們開始對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、復集合流體材料以及高分子凝膠等；但是人們發(fā)現(xiàn)還沒有哪種智能材料能像高分子凝膠智能材料那樣可以對多重的外場刺激產(chǎn)生響應。這些外場刺激通常包括溫度、溶劑、PH值、離子、分子、光、電、磁等。同時這種材料對外場響應時可以產(chǎn)生多種變化，包括體積的膨脹收縮、力學性能的變化、光電性質(zhì)的變化等。在過去的時間里，人們已經(jīng)在智能高分子凝膠領(lǐng)域取得了重要的進展。具有電磁響應的膠體粒子能夠與高分子凝膠形成復合物。這些膠體粒子可以使高分子凝膠在外場刺激時發(fā)生形變。當施加電場或磁場時，高分子凝膠的形狀發(fā)生變化，當撤去外場時，形狀回復原樣。基于這些特點.電磁響應的智能材料可以用來設(shè)計成新型的驅(qū)動器、閥、馬達，以及藥物輸運裝置。智能材料在外界環(huán)境或內(nèi)部狀態(tài)發(fā)生變化時能對之做出適當?shù)姆磻⒛墚a(chǎn)生相應的動作，是可以作為人造肌肉的驅(qū)動材料。目前可以用作人造肌肉的材料主要有導電橡膠、導電高分子、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，例如導電橡膠驅(qū)動電壓太大，導電高分子、壓電陶瓷的形變量太小，水凝膠的響應速度太慢等等。日前人們致力于發(fā)展新型的人造肌肉材料，它應具備最基本的兩個條件:
(I)響應速度快；(2)可以方便地控制材料的驅(qū)動?，F(xiàn)在的驅(qū)動材料大都是依靠材料本身體積的變化來實現(xiàn)驅(qū)動的，例如導電高分子、水凝膠、碳納米管等，而動物的肌肉組織通常都是因發(fā)生形變而達到驅(qū)動的效果。因此，設(shè)計和發(fā)展類似肌肉組織的因形變而達到驅(qū)動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)絡構(gòu)成，液體被封閉在高分子網(wǎng)絡內(nèi)，由于液體和高分子網(wǎng)絡的柔和性以及對周圍環(huán)境變化的響應性，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。目前電場與磁場是最容易進行信號控制的手段，因此，發(fā)展新型的能夠?qū)﹄妶龊痛艌鲞M行響應的高分子凝膠、高分子流變體等是我們目前重點發(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磁場下響應的傳感材料及其制備方法，本發(fā)明采用廉價易得的材料制備出相互作用性很強并且具有電場、磁場響應性的粒子填充到聚合物的網(wǎng)絡中，所形成的復合凝膠，能夠提供穩(wěn)定的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。技術(shù)方案:一種電場磁場下響應的傳感材料，其特征在于:包括中間的聚酯無紡布支撐層和對稱設(shè)置的PDMS/PVA多層復合膜，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)鍵在于采用廉價易得的醇透材料PDMS,制備出具有PDMS/PVA/無紡布/PVA/PDMS多層復合高分子凝膠，其特征在于聚乙烯醇凝膠能夠提供穩(wěn)定的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，而成為非常好的可以與其他物質(zhì)進行復合的材料，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溶于有機溶劑，配制濃度為1(Γ20%的PVA溶液，在55 85°C下攪拌均勻，過濾，脫泡，在聚酯無紡布的一側(cè)直接刮膜，水為凝膠浴，采用浸沒沉淀相轉(zhuǎn)化法得到無紡布支撐的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)工藝簡單，生產(chǎn)成本較低?？梢园严嗷プ饔眯院軓姴⑶揖哂须妶觥⒋艌鲰憫缘牧Ｗ犹畛涞骄酆衔锏木W(wǎng)絡中，所形成的復合凝膠稱為外場響應性凝膠。聚合物網(wǎng)絡應當是由具有流動性的高分子主鏈相互交聯(lián)而成。
具體實施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細的描述。實施實例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，過濾，脫泡，在聚酯無紡布的一側(cè)直接刮膜，水為凝膠浴，采用浸沒沉淀相轉(zhuǎn)化法得到無紡布支撐的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)生凝膠前將無紡布支撐的PVA復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。實施實例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，過濾，脫泡，在聚酯無紡布的一側(cè)直接刮膜，水為凝膠浴，采用浸沒沉淀相轉(zhuǎn)化法得到無紡布支撐的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)生凝膠前將無紡布支撐的PVA復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。實施實例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，過濾，脫泡，在聚酯無紡布的一側(cè)直接刮膜，水為凝膠浴，采用浸沒沉淀相轉(zhuǎn)化法得到無紡布支撐的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)生凝膠前將無紡布支撐的PVA復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。實施實例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，過濾，脫泡，在聚酯無紡布的一側(cè)直接刮膜，水為凝膠浴，采用浸沒沉淀相轉(zhuǎn)化法得到無紡布支撐的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)生凝膠前將無紡布支撐的PVA復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
1.一種電場磁場下響應的傳感材料，其特征在于:包括中間的聚酯無紡布支撐層和對稱設(shè)置的PDMS/PVA多層復合膜，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溶于有機溶劑，配制濃度為1(T20%的PVA溶液，在55 85°C下攪拌均勻，過濾，脫泡，在聚酯無紡布的一側(cè)直接刮膜，水為凝膠浴，采用浸沒沉淀相轉(zhuǎn)化法得到無紡布支撐的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
一種電場磁場下響應的傳感材料，其特征在于包括中間的聚酯無紡布支撐層和對稱設(shè)置的PDMS/PVA多層復合膜，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)工藝簡單，生產(chǎn)成本較低?？梢园严嗷プ饔眯院軓姴⑶揖哂须妶觥⒋艌鲰憫缘牧Ｗ犹畛涞骄酆衔锏木W(wǎng)絡中，所形成的復合凝膠稱為外場響應性凝膠。聚合物網(wǎng)絡應當是由具有流動性的高分子主鏈相互交聯(lián)而成。
文檔編號C08J3/24GK103203903SQ20131009558
公開日2013年7月17日 申請日期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, 嚴玉, 徐斌, 戴金華 申請人:海龍核材科技(江蘇)有限公司