[發明專利]一種高強聚陰陽離子智能功能凝膠的制備方法

有效

• 申請號: 201710274375.0
• 申請日: 2017-04-25
• 公開（公告）號: CN107216467B
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發明（設計）人: 高亞偉;烏東北;王啟剛
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: C08J3/075
• 分類號: C08J3/075;C08F220/06;C08F220/34;C08J3/28;C08J3/24;C08J9/28;B33Y70/00;B33Y70/10;C08L33/02;C08L5/04;C08K3/16
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 蔣亮珠

本發明涉及一種高強聚陰陽離子智能功能凝膠電解質的制備方法，該方法是將光引發劑、單體加入到去離子水中，混合均勻，再通過紫外光輻照，光引發劑產生自由基，進而引發單體發生自由基聚合反應，生成具有三維網絡結構的水凝膠電解質。與現有技術相比，本發明采用的陰陽離子聚合的方法制備出含有聚合物骨架的立體的三維網絡結構，空間結構內充滿了溶劑，從而整體上加速了離子的輸送。同時陰陽離子在水中釋放出反離子，進一步提高了電導率。為提高凝膠的機械強度，添加了兩性高分子，不但可以增強凝膠，而且可以增加凝膠的延展性。紫外聚合的方法，制備條件溫和，操作簡便，容易實施，并且可以得到需要的各種形狀的樣品。

技術領域

本發明屬于水凝膠及新能源領域，涉及一種類型的智能高強功能性水凝膠的制備。

背景技術

膠體粒子或高分子在一定條件下互相連接，形成空間網狀結構，結構空隙中充滿了作為分散介質的液體(在氣凝膠中也可以是氣體)，這樣一種特殊的分散體系稱作凝膠。以水為溶劑的凝膠為水凝膠(hydrogel)。凝膠材料因具有良好的粘彈性，透明性，在生物傳感器，組織工程等生物醫學領域以及柔性電子和柔性機器等工程技術領域具有重要科學意義和廣闊的應用前景。并且可以根據特殊的使用要求，對其力學性能、生物相容性、功能化等進行設計調控，以滿足在不同領域中的需求。

水凝膠是由水和三維的聚合物網絡組成的材料，網絡中的交聯點可以是共價鍵構成的化學交聯點或者離子鍵、氫鍵、疏水作用、配位作用等構成的物理交聯點。到目前，制備高強度水凝膠的方法主要為兩種：一種是從分子設計出發制備均勻的凝膠網絡；另一種為在凝膠網絡結構中互穿另外一個犧牲網絡構成雙凝膠網絡，通過犧牲網絡的結構破壞耗散能量。水凝膠的聚合物網絡是通過交聯點鏈接聚合物鏈形成。普通的交聯結構往往是單一的共價鍵或超分子相互作用，為了提高材料機械性能，需要增強交聯作用力；而為了獲得自修復能力，交聯結構應該是動態的、且比較容易打開的(意味著相對較弱的作用力)。聚陰陽離子凝膠同時具備了較強的化學鍵以及較弱的靜電作用，可同時保證高機械強度與自修復能力。

在紫外光照射條件下，光引發劑產生自由基進而引發含雙鍵的單體發生聚合，形成高分子鏈。高分子鏈之間相互纏繞折疊組成網絡結構，反應操作簡單，成膠快速可控，是一種可廣泛使用的制備高強度凝膠材料的簡便方法。聚陰陽離子凝膠制備中依靠高分子鏈之間的靜電作用結合在一起無需添加化學交聯劑，從而有利于凝膠電解質的回收再利用。

在固態電解質體系中，水凝膠全固態電解質是極具潛力和環境友好的可作為一體化隔膜的凝膠電解質材料。由于電解質中含有一定量的水，相比于其它固態電解質，水凝膠聚合物的電導率一般都比較高。同時聚陰陽離子水凝膠中含有較多的反離子，可進一步提高電解質的離子電導率。固態凝膠電解質可以避免電解液的泄漏問題，封裝方面也更加簡易便捷。所以具有電化學活性的水凝膠有望成為柔性儲能材料，在柔性電子器件領域展現出光明的應用前景。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種高強聚陰陽離子智能功能凝膠電解質的制備方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：一種高強聚陰陽離子智能功能凝膠電解質的制備方法，其特征在于，該方法是將光引發劑、單體加入到去離子水中，混合均勻，再通過紫外光輻照，光引發劑產生自由基，進而引發單體發生自由基聚合反應，生成具有三維網絡結構的水凝膠電解質。

所述的方法具體包括以下步驟：

(1)將單體、光引發劑加入到去離子水中，磁力攪拌至完全溶解呈透明狀，制備得到均勻的混合溶液；

(2)將步驟(1)制備得到的混合溶液在25℃條件下，采用光強為25-30mW/cm²的紫外光下進行輻照，反應1～3h即制備得到水凝膠電解質。

步驟(1)還可以加入交聯劑、兩性高分子、鋰鹽或離子液體。