[發(fā)明專利]一種聚吡咯/聚氨酯復(fù)合導(dǎo)電水凝膠的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910164537.4
• 申請日: 2019-03-05
• 公開（公告）號: CN109912816B
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 潘瑋;張慧勤;陳燕;鄒建華
• 申請（專利權(quán)）人: 中原工學(xué)院
• 主分類號: C08J3/075
• 分類號: C08J3/075;C08L75/04;C08L79/04;C08K5/3412;C08K3/16;C08G73/06
• 代理公司: 鄭州優(yōu)盾知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 41125
• 代理人: 冉珊敏

本發(fā)明的目的是提供一種聚吡咯/聚氨酯復(fù)合導(dǎo)電水凝膠的制備方法，得到的材料具有良好的導(dǎo)電性能、力學(xué)強度及柔性。包括以下步驟：（1）將氮丙啶交聯(lián)劑用蒸餾水稀釋成質(zhì)量百分濃度為30%～50%的氮丙啶交聯(lián)劑水溶液；（2）將聚氨酯水性分散液與吡硌單體按重量份混勻后，加入步驟（1）制備的氮丙啶交聯(lián)劑水溶液并攪拌均勻，得到混合溶液，然后將混合溶液倒入模具中，在40～70℃加熱30～120分鐘得到含有吡硌單體的聚氨酯水凝膠；本發(fā)明所采用的制備聚吡咯/聚氨酯復(fù)合水凝膠材料的方法具有操作簡單、成本低廉的優(yōu)勢，使聚吡咯/聚氨酯復(fù)合水凝膠材料在柔性儲能材料領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及功能高分子材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種聚吡咯/聚氨酯復(fù)合導(dǎo)電水凝膠的制備方法。

背景技術(shù)

水凝膠是一種功能高分子材料，由三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的高分子和充塞其網(wǎng)鏈間隙中的水分子介質(zhì)構(gòu)成。水凝膠柔軟而富有彈性，可在水中溶脹，且能對外界微小的刺激產(chǎn)生顯著的應(yīng)答，具有智能性，故近年來引起了廣泛研究。研究主要集中在新型水凝膠的制備及新的水凝膠應(yīng)用領(lǐng)域。水凝膠應(yīng)用廣泛，可用作藥物控制釋放材料、組織填充材料、人工軟骨、化學(xué)閥、調(diào)光材料、生物傳感器、組織培養(yǎng)等。聚氨酯(PU)具有良好的生物相容性和優(yōu)良的物理機械性能，對人體具有良好的生理可接受性，并且可以保持長期人體植入的穩(wěn)定性，通過改變分子鏈中軟硬段的組成可以改變聚氨酯的物理化學(xué)性能。由PU聚合物制備所得的PU水凝膠綜合了水凝膠和PU兩者的優(yōu)點，引起人們很大的研究興趣，并已經(jīng)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中得到良好的應(yīng)用。

近年來導(dǎo)電水凝膠作為多功能智能水凝膠家族的新成員而倍受關(guān)注，導(dǎo)電水凝膠一般由導(dǎo)電材料與水凝膠基體兩部分構(gòu)成且囊括了其雙組份各自獨特的性能。導(dǎo)電材料通過共聚交聯(lián)或接枝反應(yīng)而嵌入到凝膠三維網(wǎng)絡(luò)中在保持水凝膠優(yōu)良特性的同時憑借其獨特的電子共軛體系所產(chǎn)生的載流子躍遷性能賦予水凝膠電子傳輸能力，根據(jù)其電導(dǎo)率分布范圍導(dǎo)電水凝膠有望應(yīng)用于導(dǎo)電薄膜電傳感器電刺激藥物釋放系統(tǒng)和生物燃料電池等諸多領(lǐng)域，但是 目前大多數(shù)導(dǎo)電水凝膠力學(xué)強度較弱，黏彈性不足且導(dǎo)電性較差難以滿足實際應(yīng)用的需要。

聚吡咯(polypyrrole,PPy)作為導(dǎo)電聚合物因其易于制備、良好的環(huán)境穩(wěn)定性和較高的導(dǎo)電率被認(rèn)為是最有商業(yè)價值的導(dǎo)電高分子材料之一,在電催化材料、傳感器、金屬防腐材料、二次電池電極材料、藥物釋放材料和電控離子交換等諸多領(lǐng)域得到了廣泛的研究與應(yīng)用。導(dǎo)電聚合物的主鏈?zhǔn)莿傂缘模溑c鏈間電子體系相互作用較強，使得導(dǎo)電聚合物不溶不熔，難以加工，極大地限制了導(dǎo)電聚合物的實際應(yīng)用。因此，將導(dǎo)電聚合物制成導(dǎo)電水凝膠,不僅可以解決材料的加工性問題，而且可以兼具凝膠材料良好的機械性能、溶脹性能，由此提高導(dǎo)電聚合物物理、化學(xué)性能，近年來引起了人們板大的興趣。導(dǎo)電聚合物水凝膠結(jié)合了常規(guī)聚合物水凝膠的機械性質(zhì)、溶脹性質(zhì)和導(dǎo)電聚合物獨特的物理化學(xué)性質(zhì)，在電化學(xué)電容器、微圖案電化學(xué)裝置及傳感器等領(lǐng)域得到了初步應(yīng)用。

由于PPY等聚合物的主鏈剛性較強，幾乎不溶于常用的溶劑，所以通過溶液中交聯(lián)導(dǎo)電聚合物實現(xiàn)凝膠化的路線很難獲得導(dǎo)電聚合物凝膠。因此，一般的導(dǎo)電水凝膠由絕緣的多孔骨架和電化學(xué)活性填充材料構(gòu)成。已有報道中，以聚苯胺為導(dǎo)電高分子為導(dǎo)電劑制備的導(dǎo)電聚合物水凝膠，其絕緣多孔骨架材料有聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、羧甲基纖維素等。但是，這種方法制備的水凝膠導(dǎo)電率不是很高，因為在這些導(dǎo)電復(fù)合水凝膠中，導(dǎo)電聚合物是作為分散相存在于基體凝膠的孔道中的，難以形成一個連續(xù)的導(dǎo)電性網(wǎng)絡(luò)。同時，這種兩相結(jié)構(gòu)通常會削弱導(dǎo)電復(fù)合凝膠的整體力學(xué)性能。

氮丙啶交聯(lián)劑是目前研究得較為成熟和有效的室溫交聯(lián)劑，這類交聯(lián)劑的交聯(lián)反應(yīng)速度快，效果明顯，它是由氮丙啶與三官能度或更高官能度的多元醇縮合物縮合而形成的。氮丙啶環(huán)在結(jié)構(gòu)上存在較大張力，活性較高，分子存在大量基團，常溫下能與羧基、氨基和羥基反應(yīng)，生成不溶性的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)交聯(lián)產(chǎn)物，可以極大的提高材料的強度。本發(fā)明提供一種高力學(xué)強度和導(dǎo)電性能的多重網(wǎng)絡(luò)復(fù)合水凝膠材料，它以利用氮丙啶作為交聯(lián)劑，以聚氨酯水凝膠材料作為第I網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合以氮丙啶交聯(lián)的聚吡咯水凝膠材料作為第II網(wǎng)絡(luò)，是一種具有多重網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的復(fù)合水凝膠材料。

發(fā)明內(nèi)容