[發明專利]基于聚乙二醇二丙烯酸酯交聯的高強度導電水凝膠及其制備方法

在審

• 申請號: 201610810715.2
• 申請日: 2016-09-08
• 公開（公告）號: CN107805310A
• 公開（公告）日: 2018-03-16
• 發明（設計）人: 劉文廣;吳謙
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C08J3/075
• 分類號: C08J3/075;C08L51/08;C08L87/00;C08F283/06;C08F226/06
• 代理公司: 天津創智天誠知識產權代理事務所(普通合伙)12214
• 代理人: 王秀奎

技術領域

本發明屬于生物技術領域中水凝膠方向，更具體地說，涉及一種以2-乙烯基-4，6-二氨基-1，3，5-三嗪、聚乙二醇二丙烯酸酯和聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)所制備的高強度導電水凝膠及其制備方法。

背景技術

導電水凝膠是將導電聚合物和水凝膠兩者結合形成的一種功能型材料，其不僅具有水凝膠的軟濕特性，而且具有導電功能。因此，導電水凝膠在超級電容器、鋰電池和生物傳感器等領域具有廣泛的應用。但是，導電水凝膠往往呈現弱而脆的特性，因此力學性能較差。除此之外，導電水凝膠涉及水凝膠與導電聚合物相互結合的問題，所以其制備過程往往較為復雜。因此，上述問題極大地限制了導電水凝膠在生物醫學和電化學等領域中的應用。目前，高強度導電水凝膠主要有復合導電水凝膠和雙網絡導電水凝膠兩種類型。復合導電水凝膠是指將導電納米材料例如導電納米纖維，碳納米管和石墨烯等添加到水凝膠的網絡結構中來增強導電水凝膠的力學性能。雙網絡導電水凝膠是指將水凝膠浸泡在含有導電單體的溶液中，達到溶脹平衡后，引發導電單體進行氧化聚合，從而和凝膠基體構成雙網絡導電水凝膠。雖然復合導電水凝膠和雙網絡導電水凝膠都能在一定程度上增強導電水凝膠的力學性能，但是這兩種導電水凝膠的制備方式均較為繁瑣(Qu B,Li J,Xiao H,et al.Facile preparation and characterization of sodium alginate/graphite conductive composite hydrogel[J].Polymer Composites,2015.)。此外，對于雙網絡導電水凝膠而言，由于大部分導電聚合物是難溶于溶劑中，所以造成加工處理困難，同時也會引起導電組分在凝膠基體中分布不均一的問題(Kishi R,Kubota K,Miura T,et al.Mechanically tough double-network hydrogels with high electronic conductivity[J].Journal of Materials Chemistry C,2014,2(4):736-743.)。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供了一種以2-乙烯基-4，6-二氨基-1，3，5-三嗪、聚乙二醇二丙烯酸酯和聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)為原料所制備的水凝膠，該水凝膠具有高強度、較好的導電性和良好的生物相容性的性能。

本發明的目的通過下述技術方案予以實現。

基于聚乙二醇二丙烯酸酯交聯的高強度導電水凝膠及其制備方法，將單體2-乙烯基-4，6-二氨基-1，3，5-三嗪和交聯劑聚乙二醇二丙烯酸酯在油相條件下溶解，并與聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)均勻混合，加入引發劑，在絕氧條件下由引發劑引發單體和交聯劑的碳碳雙鍵進行自由基聚合，使聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)摻雜在凝膠網絡結構中。

其中，2-乙烯基-4，6-二氨基-1，3，5-三嗪和聚乙二醇二丙烯酸酯的質量比為(1—5)：1，優選2：1。

油相選擇二甲基亞砜。

單體和交聯劑的質量之和與油相質量的比例為(1—1.5)：5，優選1：5。

聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)的加入量是油相體積的1％—10％，優選5—8％。

所述引發劑的用量為兩種單體質量之和的1％—3％。在實際使用中，可根據引發效果選擇雙組份引發劑，雙組份引發劑為過氧化二苯甲酰和N，N-二甲基苯胺，并且每一組分引發劑的質量都均為單體總質量的1％—3％。如果選擇熱引發劑，則需要首先利用惰性氣體(如氮氣、氬氣或者氦氣)排除反應體系中的氧，以避免其的阻聚作用，然后根據引發劑的活性和用量，將反應體系加熱到所用引發劑的引發溫度之上并保持相當長的時間，如1小時以上或者更長(如1—48小時，優選20—40小時)，以促使引發劑能夠長時間產生足夠多的自由基，引發反應體系持續發生自由基聚合反應。

而且，引發聚合的溫度為室溫20—25℃，聚合反應時間為24—30小時。

在制備方案中，在反應結束后，取出制備的導電水凝浸泡在去離子水中，去除未參加反應的單體、引發劑、交聯劑和溶劑，并使得凝膠達到溶脹平衡(如浸泡7天，每隔12h更換一次水，達到溶脹平衡)。