[發明專利]溫敏聚合物單離子導電智能凝膠及其制備方法

有效

• 申請號: 201811063198.2
• 申請日: 2018-09-12
• 公開（公告）號: CN109503755B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 蔡少君;劉志宏;郭珊珊
• 申請（專利權）人: 江漢大學
• 主分類號: C08F220/54
• 分類號: C08F220/54;C08F220/58;C08F222/38
• 代理公司: 北京三高永信知識產權代理有限責任公司 11138
• 代理人: 呂耀萍

本發明提供一種溫敏聚合物單離子導電智能凝膠及其制備方法，所述溫敏聚合物單離子導電智能凝膠在具有明顯溫敏性的同時，離子電導率在聚合物體積相變溫度區間附件隨溫度升高呈下降趨勢。所述制備方法為，使2?丙烯酰胺?2?甲基丙磺酸的金屬鹽與乙烯基溫敏性單體共聚，制備所述溫敏聚合物單離子導電智能凝膠，所述乙烯基溫敏性單體與所述2?丙烯酰胺?2?甲基丙磺酸的金屬鹽的摩爾比為99.9:0.1至90:10，所述2?丙烯酰胺?2?甲基丙磺酸的金屬鹽為2?丙烯酰胺?2?甲基丙磺酸的鋰鹽、鈉鹽或鉀鹽。

技術領域

本發明涉及高分子化學技術領域，特別涉及一種溫敏聚合物單離子導電智能凝膠及其制備方法。

背景技術

智能聚合物凝膠是指由交聯聚合物鏈構成的三維網絡，其某些性質/性能在適當外界條件(如溫度、光照、pH、電場、特定化學試劑等)刺激下會發生明顯改變。這些刺激-響應特性使其在智能傳感器、智能開/關、給藥系統、人造肌肉/皮膚、組織工程支架、化學/生物分離平臺等領域有顯著的應用前景。其中，聚(N-異丙基丙烯酰胺)(Poly(N-isopropylacrylamide)，PNIPAm)是一種典型的溫敏聚合物，當環境溫度高于其最低臨界相變溫度(LCST)時，聚合物凝膠會發生明顯收縮。PNIPAm因這一特性而被廣泛應用于溫敏型藥物控制-釋放材料、表面浸潤性可調傳感器和智能溫控器等。

另一方面，有機離子載體使電子導體向仿生-離子導體發展，產生了諸多基于水凝膠的聚合物單離子導體，利用其對外界在外界條件轉變下的電信號變化，構筑仿生傳感器件。傳統的鹽溶液導體也被稱為雙離子導體，可同時傳導陰離子和陽離子，其中所有的離子傳導，都是通過陰/陽離子的反向遷移完成。與之不同的是，聚合物單離子導體(聚合物電解質)是陰離子固定于聚合物主鏈上的電解質，因此在電場作用下，只有陽離子的遷移貢獻電導率。一般來講，無論是液態電解質還是固態電解質，其離子電導率一般均隨溫度上升而提高，且離子電導率與溫度之間的關系符合阿倫尼烏斯(Arrhenius)方程：σ＝σ₀exp(-Ea/kT)。但是，據我們所知，具有反-阿倫尼烏斯方程，即電導率隨溫度升高而下降的離子導體，暫未見報道。

在實現本發明的過程中，本發明人發現現有技術中至少存在以下問題：暫未發現一種溫敏聚合物單離子導電智能凝膠，在具有明顯溫敏性的同時，離子電導率在聚合物體積相變溫度區間附件隨溫度升高呈下降趨勢。

發明內容

鑒于此，本發明提供一種溫敏聚合物單離子導電智能凝膠及其制備方法，所述溫敏聚合物單離子導電智能凝膠在具有明顯溫敏性的同時，離子電導率在聚合物體積相變溫度區間附近隨溫度升高呈下降趨勢。

具體而言，包括以下的技術方案：

根據本發明的第一方面，本發明實施例提供了一種溫敏聚合物單離子導電智能凝膠的制備方法，使2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的金屬鹽與乙烯基溫敏性單體共聚，制備所述溫敏聚合物單離子導電智能凝膠，所述乙烯基溫敏性單體與所述2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的金屬鹽的摩爾比為99.9:0.1至90:10，所述2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的金屬鹽為2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的鋰鹽、鈉鹽或鉀鹽。

優選的，所述乙烯基溫敏性單體為N-異丙基丙烯酰胺(簡稱NIPAm)。

所述共聚制備所述溫敏聚合物單離子導電智能凝膠的具體反應體系(如引發劑、交聯劑、促進劑等)及反應條件均為現有技術，可由本領域技術人員根據聚合單體等實際情況經試驗確定。

具體的，所述共聚在引發劑、交聯劑和促進劑作用下，于超純水溶液中進行。作為本領域公知技術，共聚反應結束后，應該形成凝膠狀的聚合物。一般而言可通過引發劑的加入量來大致決定反應時間，引發劑較多，反應時間可以較短；反之，引發劑量少，則需要更長的反應時間。

優選的，所述引發劑為過硫酸鉀(簡稱KPS)或過硫酸銨(簡稱APS)；所述交聯劑為N,N'-亞甲基雙丙烯酰胺(簡稱MBA)；所述促進劑為四甲基乙二胺(簡稱TEMED)。