[發明專利]一種韌性抗靜電雙網絡硅水凝膠及其制備方法

有效

• 申請號: 201910775152.1
• 申請日: 2019-08-21
• 公開（公告）號: CN110452395B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 高晨;楊倩玉;鐘家春;鄭曉翼;趙星宇;張雪梅;夏益青;鄒智揮;白蘭涵;附怡清;楊婷
• 申請（專利權）人: 四川輕化工大學
• 主分類號: C08J3/075
• 分類號: C08J3/075;C08L33/26;C08L83/04;C08F220/56;C08F220/06;C08F222/38;C08F220/18;C08G77/04
• 代理公司: 重慶博凱知識產權代理有限公司 50212
• 代理人: 李媛;張先蕓

本發明公開了一種韌性抗靜電雙網絡硅水凝膠及其制備方法，所述雙網絡結構由第一高分子網絡和第二高分子網絡相互穿插形成，所述第一高分子網絡為烯類單體通過自由基加成聚合形成碳鏈聚合物，然后通過化學交聯或疏水締合作用形成的交聯網絡；所述第二高分子網絡為含硅單體通過縮合聚合形成含硅聚合物，然后通過氫鍵作用形成的交聯網絡。本發明將烯類單體和硅單體共同溶解于同一體系，采用不同的聚合機理可實現一步成型，無需經過第一網絡干燥、再次溶脹等過程，制備方法簡單，耗費時間短，生產效率高，成本低，獲得的雙網絡硅水凝膠兼具有優異的韌性、抗疲勞性能、自恢復性能及抗靜電性能，有利于產業化，擴大其應用范圍。

技術領域

本發明屬于高分子材料技術領域，具體涉及一種韌性抗靜電雙網絡硅水凝膠及其制備方法。

背景技術

水凝膠是一種由水溶脹的高分子網絡形成的材料。其高分子網絡可以通過物理交聯或者化學交聯的方式形成。水凝膠含水量高，且可以保持固定的形狀，在水和有機溶劑中不會溶解。水凝膠在生物醫學、環境保護、智能電子器件等領域有著廣泛的應用。然而，傳統的水凝膠力學機械性能較差，成為限制其進入實際應用的重要瓶頸。

近年來，眾多研究者們通過設計水凝膠的結構，致力于提升水凝膠的力學機械性能。如龔劍萍教授提出的雙網絡水凝膠(Advanced Materials.2003,15(14),1155-1158)，兩個不同的高分子網絡互相穿插，協同耗散能量，在提升水凝膠機械性能方面有著出人意料的效果。發明專利CN201310408122.X公開了一種高強度納米復合高分子雙網絡水凝膠及其制備方法，該納米復合高分子雙網絡水凝膠的制備步驟如下：先將第一網絡單體、交聯劑和引發劑溶解于含納米粒子水分散液中，將得到的混合溶液倒入模具中加熱聚合，得到第一網絡水凝膠。將第二網絡單體、交聯劑和引發劑溶解于水中，再將第一網絡水凝膠放入該溶液中，溶脹24小時，然后加熱聚合，得到高強度納米復合高分子雙網絡水凝膠。但上述方法均由兩個通過化學交聯形成的高分子網絡互穿而成，雖然具有力學機械性能優異的特點，但拉伸回復性能差，缺乏抗疲勞性能與自愈合性能，在很大程度上縮短了水凝膠的使用壽命。隨著水凝膠的發展，通過物理交聯作用制備的雙網絡水凝膠躍入人們的眼簾，因物理交聯作用具備可逆再構建的特性，在被破壞后能夠重新建立，如發明專利CN201410529821.4公開了一種高強度雙網絡納米二氧化硅復合水凝膠的制備方法，該方法中海藻酸鈉與Ca²⁺進行離子交聯形成水凝膠的第一網絡，丙烯酰胺與N,N’-亞甲基雙丙烯酰胺聚合交聯形成水凝膠的第二網絡，海藻酸鈉的第一網絡與丙烯酰胺的第二網絡直接通過海藻酸鈉長鏈上的羧基與聚丙烯酰胺上的氨基所形成的酰胺基團進行交聯，使用氫鍵交聯和離子交聯的方法制備了一個高韌性雙網絡水凝膠，拉伸強度為0.285MPa，斷裂伸長率為2137％。但上述方法采用兩步法制備，涉及第一網絡的合成，干燥，重新溶脹引進第二網絡單體，二次聚合等步驟，制備過程復雜，耗費時間較長，采用溶脹法引進第二網絡的單體，不僅需要過量的第二單體，造成原料的浪費，而且因為溶脹過程無法精確控制，導致凝膠的性能難以重復。

含硅聚合物在諸多領域都有著廣泛的應用，如硅橡膠就是重要的隱形眼鏡材料之一，硅橡膠具有良好的透氣性和柔性，專利CN106950717A將含氟硅氧烷線形聚合物與親水高分子網絡實現互穿，制備了一種親水性能良好的含氟硅氧烷互穿網絡水凝膠。含硅聚合物與碳原子相比，硅原子半徑較大，形成的鍵易于極化，電負性較小，具有3d空軌道，以化學鍵形式結合到基于碳氫氮硫的傳統共軛聚合物中能顯著改變共軛聚合物的電子結構和狀態，從而改善聚合物的光電性能，因此含硅聚合物水凝膠在電子器件材料領域具有很好的應用前景，然而，其抗靜電性能不足是限制其在電子器件上應用的一個重要瓶頸，也限制了其應用范圍。因此，通過簡便的方法賦予含硅聚合物良好的抗靜電性能也是硅水凝膠發展的重要需求。

發明內容

針對現有技術存在的上述不足，本發明的目的在于提供一種韌性抗靜電雙網絡硅水凝膠，解決了現有水凝膠無法同時具備良好力學機械性能、自愈合性能、抗疲勞性能及抗靜電性能的問題。