CN114523685A - 一种基于形状记忆效应的阻燃快速软体驱动器及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于形状记忆效应的阻燃快速软体驱动器及其制备方法与应用。本发明将热致型形状记忆聚合物制备亲水性形状记忆聚合物膜，然后将其与水凝胶前驱体溶液进行光固化制备成水凝胶‑聚合物膜‑水凝胶三层结构复合材料，最后将一面水凝胶进行失水处理得到阻燃快速软体驱动器。本发明驱动器制备工艺简单，反应条件温和，用单向形状记忆聚合物实现了有条件的双向形状记忆效果，通过选择失水的区域实现不同形状和模式的变形，以及使失水的水凝胶重新溶胀，使水凝胶的收缩力回撤，实现恢复，在形状记忆材料和软体驱动器领域有广泛的应用前景。

Description

一种基于形状记忆效应的阻燃快速软体驱动器及其制备方法 与应用
技术领域
本发明属于软体驱动器技术领域，具体涉及一种基于形状记忆效应的阻燃快速软体驱动器及其制备方法与应用。
背景技术
近年来，软体驱动器因为其众多优点得到了越来越多的关注。与刚性部件不同，软体驱动是连续的，具有无限自由度；模式与强度更贴近生物，对于不规则环境具有极强的适应性。这些优势使其更灵活，更智能，生物相容性更好，已经应用于软体机器人、仿生模拟、航空航天、药物投放、抢险救灾以及生物传感等领域。
形状记忆聚合物作为一类智能软体材料，在软体驱动器的领域有着重要的地位，各种各样具有形状记忆功能的软体驱动器也被开发出来。目前研究最广泛的是热致型形状记忆聚合物，它们具有热敏反应特性的官能团或分子作为“分子开关”(例如相变和可逆交联网络)，并以此来实现形状记忆与恢复。然而，目前鲜有发明涉及形状记忆软体驱动器的阻燃问题，使这一智能材料在高温或火场环境下难以得到应用；与此同时，也有不少软体驱动器还存在驱动速度慢的问题。
中国专利公开号CN110952308B报道了一种阻燃导电光热响应形状记忆聚合物纸，该发明的阻燃形状记忆纸可以实现热、电、光三种不同致动方式来实现材料的形状记忆功能，而且制备工艺简单。但是其玻璃化转变温度较低，暂时形状难以维持，强度也较低，且该纸的阻燃性能不佳。
中国专利公开号CN109251266A报道了一种基于形状记忆材料的软体驱动器，该驱动器通过调节苯硼酸与丙烯酸的共聚水凝胶网络的pH值来实现驱动与恢复，但是该软体驱动器的定型与变形过程以分钟作为单位，最高达到20分钟，驱动速度欠佳。
综上所述，具有形状记忆功能的阻燃快速软体驱动器的发明与应用还存在很大的空缺。
发明内容
为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种基于形状记忆效应的阻燃快速软体驱动器的制备方法。
本发明的另一目的在于提供上述方法制得的一种基于形状记忆效应的阻燃快速软体驱动器。
本发明提供的驱动器是基于单向热致型形状记忆聚合物，结合水凝胶材料组成多层结构制备而成的。
本发明的再一目的在于提供上述一种基于形状记忆效应的阻燃快速软体驱动器的应用。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种基于形状记忆效应的阻燃快速软体驱动器的制备方法，包括以下步骤：
(1)将热致型形状记忆聚合物、光引发剂和交联剂加入有机溶剂中，溶解并混合均匀，得到前驱体溶液；
(2)将前驱体溶液置于透明模具内进行紫外光固化，干燥，得到形状记忆聚合物膜；
(3)将形状记忆聚合物膜浸泡在表面改性剂溶液中3～5min，取出后置于水凝胶前驱体溶液中进行紫外光固化，清洗后得到亲水性形状记忆聚合物膜；
(4)将亲水性形状记忆聚合物膜一面固定在透明模具中，将水凝胶前驱体溶液注入模具中，进行紫外光固化，得到聚合物膜-水凝胶双层结构复合材料；
(5)将聚合物膜-水凝胶双层结构复合材料的水凝胶一面固定在透明模具中，将水凝胶前驱体溶液注入模具中，进行紫外光固化，得到水凝胶-聚合物膜-水凝胶三层结构复合材料；
(6)将水凝胶-聚合物膜-水凝胶三层结构复合材料进行失水处理，得到阻燃快速软体驱动器。
优选地，步骤(1)所述热致型形状记忆聚合物相变温度处于20～90℃之间；更优选为形状记忆聚己内酯二烯。
优选地，步骤(1)所述光引发剂为安息香二甲醚。
优选地，步骤(1)所述交联剂为四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯。
优选地，步骤(1)所述热致型形状记忆聚合物、光引发剂和交联剂的质量比为：1～2g：5～10mg：24～48mg。
优选地，步骤(1)所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、丙酮和甲苯中的至少一种；所述热致型形状记忆聚合物在前驱体溶液中的浓度为60～75％。
优选地，步骤(1)所述溶解的温度为70～80℃，搅拌转速为200～400r/min，时间10～15min。
优选地，步骤(2)所述紫外光固化的条件为：模具厚度50～2000μm，紫外光波段320～395nm，紫外光功率10～20mW/cm2，光照时间8～10min。
优选地，步骤(2)所述干燥的温度为90～100℃，时间为8～12h。
优选地，步骤(3)所述表面改性剂溶液的质量浓度为8～12％。
优选地，步骤(3)所述表面改性剂溶液中，表面改性剂为二苯甲酮；溶剂为乙醇和异丙醇中的至少一种。
优选地，步骤(3)所述水凝胶溶液的质量浓度为8～12％，溶质为丙烯酰胺。
优选地，步骤(3)所述紫外光固化的条件为：紫外光波段320～395nm，紫外光功率10～20mW/cm2，光照时间15～20min。
优选地，步骤(4)和(5)所述水凝胶前驱体溶液的质量浓度为20～30％；溶质为丙烯酰胺，溶剂为水。
优选地，步骤(4)和(5)所述紫外光固化的条件为：紫外光波段320～395nm，紫外光功率10～20mW/cm2，光照时间15～20min。
优选地，步骤(4)所述聚合物膜-水凝胶双层结构复合材料和步骤(5)所述水凝胶-聚合物膜-水凝胶双层结构复合材料中，聚合物膜和水凝胶的厚度比均为5:1～1:2；更优选为聚合物膜厚度为1000μm，水凝胶厚度为200～2000μm。
优选地，步骤(6)所述失水处理后，水凝胶-聚合物膜-水凝胶三层结构复合材料中一面水凝胶的厚度变为原来的20～100％，且不能为100％，另一面水凝胶以及聚合物膜的厚度不变；更优选为20～80％。
优选地，步骤(6)所述失水处理指：将水凝胶-聚合物膜-水凝胶三层结构复合材料置于模具中，使一面水凝胶被保鲜膜密封着，另一面水凝胶暴露于空气中，自然挥发失去水分。
本发明所述的阻燃快速软体驱动器使用之后，可以再次浸入水中溶胀55～65min，然后再进行步骤(6)的失水处理，又可得到阻燃快速软体驱动器。
上述方法制得的一种基于形状记忆效应的阻燃快速软体驱动器。
上述一种基于形状记忆效应的阻燃快速软体驱动器在用于火场环境的软体机器人中的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
(1)本发明所述阻燃快速软体驱动器制备工艺简单，反应条件温和，也易于工业化生产。
(2)该软体驱动器所用材料质量轻，驱动快，便于裁剪，可按需裁剪为任意形状。
(3)本发明用单向形状记忆聚合物实现了有条件的双向形状记忆效果，通过选择失水的区域实现不同形状和模式的变形，以及使失水的水凝胶重新溶胀，使水凝胶的收缩力回撤，实现恢复，此策略在形状记忆材料和软体驱动器领域有广泛的应用前景。
附图说明
图1为实施例1所得阻燃快速软体驱动器截面界面的SEM图，比例尺为100μm。
图2为本发明设计思路示意图。
图3为本发明制备流程示意图。
图4为实施例2所得阻燃快速软体驱动器的3个应用示意图，驱动器与自制3D打印的支架以及连接棒组成火场救援软体机器人，此软体机器人可以在1000摄氏度以上的明火接触下从火场取物，最后在热水中恢复释放。
图5为实施例2所得阻燃快速软体驱动器裁剪成不同后的形状记忆循环图，比例尺为5mm。
图6为实施例1(中)、实施例2(右)和对比例1(左)所得阻燃快速软体驱动器的驱动后截面图。
图7为对比例2中所得样品的差示量热扫描法测试(DSC)图。
图8为对比例1(右)、对比例2(左)所得样品的实物图。
图9为对比例1(右)、对比例2(左)在70℃热台加热1min后所得样品的实物图。
图10为对比例1(下)、对比例2(上)所得样品的明火燃烧测试图，比例尺为5mm。
图11为对比例2(右)、对比例3(左)所得样品的水接触角测试图。
图12为对比例4所得样品在加热驱动后的实物图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
本发明实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或者制造商建议的条件进行。所用未注明生产厂商者的原料、试剂等，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本发明实施例和对比例中的热致型形状记忆聚己内酯二烯颗粒有以下方法制得：
将35.0g聚己内酯(购于Sigma-Aldrich，产品编号440752)和2.12g缚酸剂三乙胺添加到烧瓶中并加入175mL甲苯搅拌溶解，溶解时用氮气脱气30min。接着将1.90g丙烯酰氯溶解在25mL甲苯中，并逐滴缓慢添加到烧瓶中，然后在80℃下搅拌48h。通过真空抽滤混合物得到透明液体部分，并将它倒入1L甲醇中，析出白色粉末。通过真空抽滤得到粉末，并70℃真空干燥12小时，得到聚己内酯二烯颗粒约30g。
实施例1
(1)按质量配比称取热致型形状记忆聚己内酯二烯颗粒、N,N-二甲基甲酰胺、光引发剂安息香二甲醚和交联剂四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯，其中，形状记忆聚己内酯二烯颗粒1g，N,N-二甲基甲酰胺0.5g，安息香二甲醚5mg，四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯24mg。
(2)将热致型形状记忆聚己内酯二烯颗粒、安息香二甲醚和四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯交联剂加入N,N-二甲基甲酰胺中，在80℃的温度下以300r/min的速度搅拌15min，得到浓度为66wt％的前驱体溶液。
(3)将搅拌均匀的前驱体溶液注入有效体积长×宽×高＝40mm×10mm×1000μm的自制透明模具中，并在80℃的热台上用波长365nm、功率密度20mW/cm2的紫外灯照射10min使其交联。将模具放入100℃的真空干燥箱以0.1MPa的真空度干燥12h后取模得到形状记忆聚合物膜。
(4)将得到的形状记忆聚合物膜浸泡在二苯甲酮质量浓度为10％乙醇溶液中持续3min，然后放在质量浓度为10％的稀水凝胶溶液(即丙烯酰胺水溶液)中用波长365nm、功率为20mW/cm2的紫外灯照射15min，取出清洗后即可获得亲水性形状记忆聚合物膜。
(5)配置质量浓度为25％的聚丙烯酰胺水凝胶前驱体溶液，将亲水性形状记忆聚合物膜牢靠地固定在有效体积长×宽×高＝45mm×15mm×2000μm(即1000μm形状记忆聚合物+1000μm水凝胶)的自制透明模具中，然后将水凝胶前驱体溶液注入其中，用波长365nm、功率为20mW/cm2的紫外灯照射15min后拆模，得到聚合物膜-水凝胶双层结构复合材料。
(6)将步骤(5)获得的双层结构复合材料的水凝胶面固定在有效体积长×宽×高＝45mm×15mm×3000μm的自制透明模具中，然后将水凝胶前驱体溶液(质量浓度为25％的聚丙烯酰胺水凝胶前驱体溶液)注入其中，用波长365nm、功率为20mW/cm2的紫外灯照射15min后拆模、剪裁，得到水凝胶(1000μm)-聚合物膜(1000μm)-水凝胶(1000μm)三层结构的复合材料。
(7)将得到的三层结构的复合材料放在自制的敞口模具中，将其中一面水凝胶暴露在空气中，使其自然失水，从1000μm失水至200μm厚，得到水凝胶(200μm)-聚合物膜(1000μm)-水凝胶(1000μm)三层阻燃快速软体驱动器。
图1是实施例1所得阻燃快速软体驱动器的截面界面处的SEM图，从图中可以看出，两层之间的界限并不清晰，说明两层结合的很好；图2和图3是实施例1所得阻燃快速软体驱动器的设计思路示意图和制备流程示意图。
实施例2
(1)按质量配比称取热致型形状记忆聚己内酯二烯颗粒、N,N-二甲基甲酰胺、光引发剂安息香二甲醚和交联剂四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯，其中，形状记忆聚己内酯二烯颗粒1g，N,N-二甲基甲酰胺0.5g，安息香二甲醚5mg，四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯24mg。
(2)将热致型形状记忆聚己内酯二烯颗粒、安息香二甲醚和四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯交联剂加入N,N-二甲基甲酰胺中，在80℃的温度下以300r/min的速度搅拌15min，得到浓度为66wt％的前驱体溶液。
(3)将搅拌均匀的前驱体溶液注入有效体积长×宽×高＝40mm×10mm×1000μm的自制透明模具中，并在80℃的热台上用波长365nm、功率密度20mW/cm2的紫外灯照射10min使其交联。将模具放入100℃的真空干燥箱以0.1MPa的真空度干燥12h后取模得到形状记忆聚合物膜。
(4)将得到的形状记忆聚合物膜浸泡在二苯甲酮质量浓度为10％的乙醇溶液中持续3min，然后放在质量浓度为10％的稀水凝胶溶液(即丙烯酰胺水溶液)中用波长365nm、功率为20mW/cm2的紫外灯照射15min，取出清洗后即可获得亲水性形状记忆聚合物膜。
(5)配置质量浓度为25％的聚丙烯酰胺水凝胶前驱体溶液，将亲水性形状记忆聚合物膜牢靠地固定在有效体积长×宽×高＝45mm×15mm×2000μm(即1000μm形状记忆聚合物+1000μm水凝胶)的自制透明模具中，然后将水凝胶前驱体溶液注入其中，用波长365nm、功率为20mW/cm2的紫外灯照射15min后拆模，得到聚合物膜-水凝胶双层结构复合材料。
(6)将步骤(5)获得的双层结构复合材料的水凝胶面固定在有效体积长×宽×高＝45mm×15mm×3000μm的自制透明模具中，然后将水凝胶前驱体溶液(质量浓度为25％的聚丙烯酰胺水凝胶前驱体溶液)注入其中，用波长365nm、功率为20mW/cm2的紫外灯照射15min后拆模、剪裁，得到水凝胶(1000μm)-聚合物膜(1000μm)-水凝胶(1000μm)三层结构的复合材料。
(7)将得到的三层结构的复合材料放在自制的敞口模具中，将其中一面水凝胶暴露在空气中，使其自然失水，从1000μm失水至600μm厚，得到水凝胶(600μm)-聚合物膜(1000μm)-水凝胶(1000μm)三层阻燃快速软体驱动器。
图4为3个实施例2所得阻燃快速软体驱动器的应用示意图，驱动器与自制3D打印的支架以及连接棒组成火场救援软体机器人，此软体机器人可以在1000摄氏度以上的明火接触下从火场取物，最后在热水中恢复释放。
图5是实施例2的样品裁剪成各种不同形状后的形状记忆循环，分别是三角形、十字形、六角星形和雏菊形。
对比例1
(1)按质量配比称取热致型形状记忆聚己内酯二烯颗粒、N,N-二甲基甲酰胺、光引发剂安息香二甲醚和交联剂四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯，其中，形状记忆聚己内酯二烯颗粒1g，N,N-二甲基甲酰胺0.5g，安息香二甲醚5mg，四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯24mg。
(2)将热致型形状记忆聚己内酯二烯颗粒、安息香二甲醚和四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯交联剂加入N,N-二甲基甲酰胺中，在80℃的温度下以300r/min的速度搅拌15min，得到浓度为66wt％的前驱体溶液。
(3)将搅拌均匀的前驱体溶液注入有效体积长×宽×高＝40mm×10mm×1000μm的自制透明模具中，并在80℃的热台上用波长365nm、功率密度20mW/cm2的紫外灯照射10min使其交联。将模具放入100℃的真空干燥箱以0.1MPa的真空度干燥12h后取模得到形状记忆聚合物膜。
(4)将得到的形状记忆聚合物膜浸泡在二苯甲酮质量浓度为10％的乙醇溶液中持续3min，然后放在质量浓度为10％的稀水凝胶溶液(即丙烯酰胺水溶液)中用波长365nm、功率为20mW/cm2的紫外灯照射15min，取出清洗后即可获得亲水性形状记忆聚合物膜。
(5)配置质量浓度为25％的聚丙烯酰胺水凝胶前驱体溶液，将亲水性形状记忆聚合物膜牢靠地固定在有效体积长×宽×高＝45mm×15mm×2000μm(即1000μm形状记忆聚合物+1000μm水凝胶)的自制透明模具中，然后将水凝胶前驱体溶液注入其中，用波长365nm、功率为20mW/cm2的紫外灯照射15min后拆模，得到聚合物膜-水凝胶双层结构复合材料。
(6)将步骤(5)获得的双层结构复合材料的水凝胶面固定在有效体积长×宽×高＝45mm×15mm×3000μm的自制透明模具中，然后将水凝胶前驱体溶液(质量浓度为25％的聚丙烯酰胺水凝胶前驱体溶液)注入其中，用紫外灯照射15min后拆模、剪裁，不进行失水操作，得到水凝胶(1000μm)-聚合物膜(1000μm)-水凝胶(1000μm)三层结构的复合材料。
将实施例1～2和对比例1放置在热源上面进行刺激驱动后，它们会在截面方向上显示出不同的驱动角度，实施例1显示出168°的弯曲角度，实施例2显示出81°的弯曲角度，而对比例1显示出0°的弯曲角度，即没有驱动效果(如图6所示)。这说明水凝胶失水程度越大，收缩力越大，刺激驱动时释放的能量就越多。将驱动后的驱动器放于热水中一段时间后，实施例1～2和对比例1均能够恢复原状。
对比例2
(1)按质量配比称取热致型形状记忆聚己内酯二烯颗粒、N,N-二甲基甲酰胺、光引发剂安息香二甲醚和交联剂四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯，其中，形状记忆聚己内酯二烯颗粒1g，N,N-二甲基甲酰胺0.5g，安息香二甲醚5mg，四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯24mg。
(2)将热致型形状记忆聚己内酯二烯颗粒、安息香二甲醚和四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯交联剂加入N,N-二甲基甲酰胺中，在80℃的温度下以300r/min的速度搅拌15min，得到浓度为66wt％的前驱体溶液。
(3)将搅拌均匀的前驱体溶液注入有效体积长×宽×高＝40mm×10mm×1000μm的自制透明模具中，并在80℃的热台上用波长365nm、功率密度20mW/cm2的紫外灯照射10min使其交联。将模具放入100℃的真空干燥箱以0.1MPa的真空度干燥12h后取模得到形状记忆聚合物膜。
图7是对比例2的DSC图，可以看到其玻璃化转变温度大概在55℃附近。
将对比例1和对比例2得到的样品光学照片如图8所示，形状记忆测试是将待测样品放在70℃的热台上进行相变过程。
将对比例1和对比例2所得样品在70℃的加热板上加热后会变透明，两者基本都能在热台上移除后冷却完全恢复原状，如图9所示。这说明它们具有热致单向形状记忆效应。同理，其他的实施组样品和对比组样品因为均含有形状记忆交联聚己内酯，所以都具有单向形状记忆效应。
除了形状记忆效应外，对对比例1和对比例2得到的样品进行15s的明火测试，以检测其阻燃效果。
如图10所示，对比例2所得形状记忆聚合物膜的在点火的5s内就被引燃，并伴随着严重的滴落现象，在20s时已经烧掉了大部分材料，最终在35s时燃烧殆尽。而覆盖有水凝胶的对比例1在15s的明火接触过程中，除了光学透过性提高之外没有任何热解或被引燃烧的迹象，最终非常安全地通过了明火测试，这说明形状记忆聚合物基驱动器在水凝胶的作用下，其阻燃性能得到了很大的提高。
对比例3
(1)按质量配比称取热致型形状记忆聚己内酯二烯颗粒、N,N-二甲基甲酰胺、光引发剂安息香二甲醚和交联剂四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯，其中，形状记忆聚己内酯二烯颗粒1g，N,N-二甲基甲酰胺0.5g，安息香二甲醚5mg，四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯24mg。
(2)将热致型形状记忆聚己内酯二烯颗粒、安息香二甲醚和四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯交联剂加入N,N-二甲基甲酰胺中，在80℃的温度下以300r/min的速度搅拌15min，得到浓度为66wt％的前驱体溶液。
(3)将搅拌均匀的前驱体溶液注入有效体积长×宽×高＝40mm×10mm×1000μm的自制透明模具中，并在80℃的热台上用波长365nm、功率密度20mW/cm2的紫外灯照射10min使其交联。将模具放入100℃的真空干燥箱以0.1MPa的真空度干燥12h后取模得到形状记忆聚合物膜。
(4)将得到的形状记忆聚合物膜浸泡在二苯甲酮质量浓度为10％的乙醇溶液中持续3min，然后放在质量浓度为10％的稀水凝胶溶液(即丙烯酰胺水溶液)中用波长365nm、功率为20mW/cm2的紫外灯照射15min，取出清洗后即可获得亲水性形状记忆聚合物膜。
图11是对比例2和3的水接触角测试图，可以看出经过亲水性改造以后形状记忆聚合物膜的水接触角由疏水(118°)变为了亲水(35°)，这有利于后续与水凝胶形成紧密的。
对比例4
(1)按质量配比称取热致型形状记忆聚己内酯二烯颗粒、N,N-二甲基甲酰胺、光引发剂安息香二甲醚和交联剂四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯，其中，形状记忆聚己内酯二烯颗粒1g，N,N-二甲基甲酰胺0.5g，安息香二甲醚5mg，四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯24mg。
(2)将热致型形状记忆聚己内酯二烯颗粒、安息香二甲醚和四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯交联剂加入N,N-二甲基甲酰胺中，在80℃的温度下以300r/min的速度搅拌15min，得到浓度为66wt％的前驱体溶液。
(3)将搅拌均匀的前驱体溶液注入有效体积长×宽×高＝40mm×10mm×1000μm的自制透明模具中，并在80℃的热台上用波长365nm、功率密度20mW/cm2的紫外灯照射10min使其交联。将模具放入100℃的真空干燥箱以0.1MPa的真空度干燥12h后取模得到形状记忆聚合物膜。
(4)将得到的形状记忆聚合物膜浸泡在二苯甲酮质量浓度为10％的乙醇溶液中持续3min，然后放在质量浓度为10％的稀水凝胶溶液(即丙烯酰胺水溶液)中用波长365nm、功率为20mW/cm2的紫外灯照射15min，取出清洗后即可获得亲水性形状记忆聚合物膜。
(5)配置质量浓度为25％的聚丙烯酰胺水凝胶前驱体溶液，将亲水性形状记忆聚合物膜牢靠地固定在有效体积长×宽×高＝45mm×15mm×2000μm(即1000μm形状记忆聚合物+1000μm水凝胶)的自制透明模具中，然后将水凝胶前驱体溶液注入其中，用波长365nm、功率为20mW/cm2的紫外灯照射15min后拆模，得到聚合物膜-水凝胶双层结构复合材料。
对比例4在接受热源刺激后也能产生驱动，显示出145°的弯曲角度(如图12所示)，但不能在泡水后恢复原状，即它不具有双向形状记忆效应。这说明三层驱动器中，两层水凝胶给形状记忆聚合物的作用力的方向是相反的，当水凝胶成分相同时，两个力的作用会互相抵消，就像对比例1的样品一样。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于形状记忆效应的阻燃快速软体驱动器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将热致型形状记忆聚合物、光引发剂和交联剂加入溶剂中，溶解并混合均匀，得到前驱体溶液；
(2)将前驱体溶液置于透明模具内进行紫外光固化，干燥，得到形状记忆聚合物膜；
(3)将形状记忆聚合物膜浸泡在表面改性剂溶液中3～5min，取出后置于水凝胶前驱体溶液中进行紫外光固化，清洗后得到亲水性形状记忆聚合物膜；
(4)将亲水性形状记忆聚合物膜一面固定在透明模具中，将水凝胶前驱体溶液注入模具中，进行紫外光固化，得到聚合物膜-水凝胶双层结构复合材料；
(5)将聚合物膜-水凝胶双层结构复合材料的水凝胶一面固定在透明模具中，将水凝胶前驱体溶液注入模具中，进行紫外光固化，得到水凝胶-聚合物膜-水凝胶三层结构复合材料；
(6)将水凝胶-聚合物膜-水凝胶三层结构复合材料进行失水处理，得到阻燃快速软体驱动器。
2.根据权利要求1所述一种基于形状记忆效应的阻燃快速软体驱动器的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述聚合物膜-水凝胶双层结构复合材料和步骤(5)所述水凝胶-聚合物膜-水凝胶双层结构复合材料中，聚合物膜和水凝胶的厚度比均为5:1～1:2；
步骤(6)所述失水处理后，水凝胶-聚合物膜-水凝胶三层结构复合材料中一面水凝胶的厚度变为原来的20～100％，且不能为100％，另一面水凝胶以及聚合物膜的厚度不变。
3.根据权利要求2所述一种基于形状记忆效应的阻燃快速软体驱动器的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述聚合物膜-水凝胶双层结构复合材料和步骤(5)所述水凝胶-聚合物膜-水凝胶双层结构复合材料中，聚合物膜厚度为1000μm，水凝胶厚度为200～2000μm；
步骤(6)所述失水处理后，水凝胶-聚合物膜-水凝胶三层结构复合材料中一面水凝胶的厚度变为原来的20～60％。
4.根据权利要求1所述一种基于形状记忆效应的阻燃快速软体驱动器的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述热致型形状记忆聚合物相变温度处于20～90℃之间，具体为形状记忆聚己内酯二烯；所述光引发剂为安息香二甲醚；所述交联剂为四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯；所述热致型形状记忆聚合物、光引发剂和交联剂的质量比为：1～2g：5～10mg：24～48mg；所述热致型形状记忆聚合物在前驱体溶液中的浓度为60～75％。
5.根据权利要求1所述一种基于形状记忆效应的阻燃快速软体驱动器的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述紫外光固化的条件为：模具厚度50～2000μm，紫外光波段320～395nm，紫外光功率10～20mW/cm2，光照时间8～10min。
6.根据权利要求1所述一种基于形状记忆效应的阻燃快速软体驱动器的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述表面改性剂溶液的质量浓度为8～12％；表面改性剂为二苯甲酮；
步骤(3)所述水凝胶溶液的质量浓度为8～12％，溶质为丙烯酰胺；
步骤(3)所述紫外光固化的条件为：紫外光波段320～395nm，紫外光功率10～20mW/cm2，光照时间8～20min。
7.根据权利要求1所述一种基于形状记忆效应的阻燃快速软体驱动器的制备方法，其特征在于，步骤(4)和(5)所述水凝胶前驱体溶液的质量浓度为20～30％；溶质为丙烯酰胺；所述紫外光固化的条件为：紫外光波段320～395nm，紫外光功率10～20mW/cm2，光照时间15～20min。
8.根据权利要求1所述一种基于形状记忆效应的阻燃快速软体驱动器的制备方法，其特征在于，步骤(6)所述失水处理指：将水凝胶-聚合物膜-水凝胶三层结构复合材料置于模具中，使一面水凝胶被保鲜膜密封着，另一面水凝胶暴露于空气中，自然挥发失去水分。
9.权利要求1～8任一项所述方法制得的一种基于形状记忆效应的阻燃快速软体驱动器。
10.权利要求9所述一种基于形状记忆效应的阻燃快速软体驱动器在用于火场环境的软体机器人中的应用。
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