[發明專利]一種聚苯胺基自修復導電水凝膠的制備方法

在審

• 申請號: 201710107390.6
• 申請日: 2017-02-27
• 公開（公告）號: CN106866994A
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發明（設計）人: 李雅瑜;葉瑾;石暢;施冬健;孔思予;章朱迎;陳明清
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: C08J3/075
• 分類號: C08J3/075;C08L79/02;C08L51/00;C08G73/02;C08F265/10;C08F220/60;C08F222/38
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種自修復導電水凝膠的制備方法，具體涉及一種聚苯胺基自修復導電水凝膠的制備方法，屬于高分子材料領域。

背景技術

隨著工業發展水平的不斷提高，石油等化學燃料的燃放對人類賴以生存的環境造成嚴重的破壞。為同時解決環境污染和能源短缺的問題，目前迫切需要一種綠色環保可持續的能源，也迫切渴望尋找一種具有強大儲能能力的器件。超級電容器作為一種強大的儲能器件引起廣泛關注。而超級電容器一旦受到損壞，對其儲能能力將會產生極大的影響。因此，在發展超級電容器的同時，擁有自愈能力的超級電容器也迸發出巨大的應用前景。

超級電容器的體系極為復雜，電極材料、電解液、隔膜、封裝技術等諸多因素影響其電化學性能，目前國內外對影響其性能的因素進行了系統研究，科學家普遍認為電極和電解液對超級電容器的電化學性能起著決定性作用。包括雙電層電容器電極材料在內，贗電容器電極材料、全固態超級電容器、非對稱超級電容器等超級電容器電極材料及器件都得到廣泛關注與研究。

自修復水凝膠作為一種具有特殊性能的“軟材料”，因其優越的生物相容性和獨特的再生功能在組織修復、仿生等領域得到廣泛應用。自修復材料通過對自身產生微裂紋的修復，提供了一種解決材料在使用中產生潛在危害及延長材料使用壽命的新方法，因而在一些重要工程和尖端技術領域存在巨大的發展潛力，存在一定的應用價值。自修復凝膠作為智能自修復材料的一種，近年來受到了國內外研究人員的廣泛關注與研究，且應用范圍逐漸拓寬。自修復材料存在不可逆系統與可逆系統，不可逆系統即外援型自修復材料，其主要是通過材料特殊的結構完成自修復性能；可逆系統即本征型自修復材料，主要是由于系統中存在的可逆鍵實現材料的自修復。目前已發展的自修復凝膠主要是不含修復劑的本征型，包括Diels-Alder反應、亞胺鍵、酰腙鍵、雙硫鍵、雙網絡結構、氫鍵、配位鍵、離子鍵等可逆結構實現其自修復性能，該性能使其在眾多領域具有潛在應用，如建筑材料、表面涂層、人造肌肉、藥物傳輸系統、生物傳感器和形狀記憶材料等。

聚苯胺是一種典型的導電聚合物，其化學穩定性好，理論比電容值高，成本低廉且容易制得，是一種不可多得的超級電容器電極材料。植酸是一種能從植物種籽中大量提取的一種有機磷酸類化合物，它可將聚苯胺上醌氮質子化，并與多個聚苯胺分子反應，從而形成凝膠網絡。基于以上優勢，本項目結合苯胺的導電性能，與具有動態可逆作用(如配位鍵，氫鍵)的基團的聚合物的自愈能力，合成水凝膠基質，在其中加入苯胺單體，利用植酸作為摻雜劑和交聯劑，原位聚合制得自修復導電水凝膠。

本發明利用鹽酸多巴胺與甲基丙烯酸酐在堿性條件下制得功能基團多巴胺修飾的聚甲基丙烯酰胺，表示為DMA，并以此為自修復鏈段與單體丙烯酰胺、交聯劑N,N-亞甲基雙丙烯酰胺制得水凝膠，在苯胺與植酸的混合溶液中溶脹，使苯胺原位聚合，以聚苯胺為導電凝膠組分，制得自修復導電水凝膠。

發明內容

本發明的目的在于通過開發一種聚苯胺基自修復導電水凝膠，將聚苯胺與水凝膠相結合，賦予聚苯胺基水凝膠自修復性能與導電性能，從而進一步擴大水凝膠的應用范圍。

本發明的技術方案是：

一種聚苯胺自修復導電水凝膠，包括以下步驟：

步驟一：合成單體多巴胺甲基丙烯酰胺，表示為DMA：

將硼酸鈉和碳酸氫鈉溶于去離子水中作為反應介質，硼酸鈉和碳酸氫鈉都是飽和水溶液，有部分析出，通氮氣冒泡20～40分鐘除去溶液中的空氣后，將鹽酸多巴胺加入溶液中。甲基丙烯酸酐溶于THF后逐滴加入以上溶液，為了保持混合溶液呈適當堿性，逐滴加入2M NaOH溶液，將溶液pH調至8或以上，混合溶液在氮氣環境下攪拌14～24h。用乙酸乙酯洗滌混合物2～4次，用6M HCl溶液將離心后的水溶液pH調至2以下，再用乙酸乙酯萃取3～5次。然后用無水硫酸鎂干燥所得乙酸乙酯層溶液，將其旋蒸至25～35mL，再加入己烷強烈攪拌，將所得懸浮液放入冰箱中冷藏過夜，重結晶后將其干燥，得到淺灰色固體DMA。

其中，鹽酸多巴胺與甲基丙烯酸酐的配比為2～2.5:1，硼酸鈉和碳酸氫鈉的質量比為5:4。

步驟二：PDMA凝膠基質的制備：