[發明專利]一種高導電性聚丙烯酸復合水凝膠的制備方法

在審

• 申請號: 202011110250.2
• 申請日: 2020-10-16
• 公開（公告）號: CN112159536A
• 公開（公告）日: 2021-01-01
• 發明（設計）人: 楊永強;王群;吳曉晨
• 申請（專利權）人: 江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院
• 主分類號: C08J3/075
• 分類號: C08J3/075;C08J7/16;C08L33/02;C08L79/02;C08L79/04;C08F220/06;C08F222/38;C08F2/44;C08K3/04;C08G73/02;C08G73/06
• 代理公司: 無錫華源專利商標事務所(普通合伙) 32228
• 代理人: 聶啟新

本發明屬于微納材料制備領域，具體涉及一種高導電性聚丙烯酸復合水凝膠的制備方法。所述制備方法包括：1)用石墨烯作為交聯劑，結合傳統交聯劑，交聯并聚合丙烯酸得到聚丙烯酸/石墨烯水凝膠；2)在聚丙烯酸/石墨烯水凝膠的表面和內部原位聚合導電高分子，得到兼具有電子導電性和離子導電性的聚丙烯酸/石墨烯/導電高分子水凝膠，即聚丙烯酸復合水凝膠。本發明所制備的聚丙烯酸復合水凝膠具有堪比導體的電導率，且制備方法簡單，成本低，有望在電子器件、傳感器、導電材料等領域廣泛應用。

技術領域

本發明屬于微納材料制備領域，具體涉及一種高導電性聚丙烯酸復合水凝膠的制備方法。

背景技術

聚丙烯酸(Poly(acrylic acid)，PAA)是一種帶負電荷的聚電解質，其聚合物主鏈上含有羧基，可以與多種其他聚合物或分子發生分子間作用(例如，氫鍵、離子鍵、絡合反應等)，是優秀的水凝膠基質。聚丙烯酸水凝膠具有機械強度高、離子導電等優點，是柔性電子器件、傳感器和移動能源的理想候選材料。但是，一般的聚丙烯酸水凝膠僅依靠水中的離子導電，導電性不高，且水凝膠的穩定性較差，限制了聚丙烯酸水凝膠的實際應用。

公開號為CN111607108A的中國專利中提供了一種自粘附聚丙烯酸鈉導電水凝膠及其制備方法，用導電納米材料和卡波姆摻雜聚丙烯酸鈉水凝膠，得到了具備良好導電性、粘附性和儲存性的水凝膠。此方法得到的復合水凝膠的導電性比純聚丙烯酸鈉水凝膠有所提高，但僅依靠導電納米材料無法大幅提高聚丙烯酸鈉水凝膠的導電性。類似地，公開號CN101714460A的中國專利中介紹了一種聚吡咯/聚丙烯酸系復合凝膠電解質的制備方法，僅依靠導電高分子聚吡咯來有限提高聚丙烯酸水凝膠的導電性，而公開號CN1807477A的中國專利中包含一種石墨/聚丙烯酸鉀導電水凝膠的制備方法，僅通過石墨來增強聚丙烯酸凝膠的導電性。這些方法都是利用單一成分摻雜來提高聚丙烯酸凝膠的導電性，提高幅度非常有限。因此，通過同時增強聚丙烯酸水凝膠的離子導電性和電子導電性，是獲得新型高導電材料的新思路。另外，導電性聚丙烯酸復合水凝膠的制備過程存在一些技術問題，例如制備過程復雜、反應條件苛刻和工業化宏量生產困難等。

發明內容

針對現有技術存在的上述不足，本發明提供了一種高導電性聚丙烯酸復合水凝膠的制備方法。

為實現上述目的，本發明的技術方案如下：

一種聚丙烯酸復合水凝膠的制備方法，所述制備方法包含以下步驟：

1)在保護氣氛下，將石墨烯、丙烯酸單體、N,N′-亞甲基雙丙烯酰胺和引發劑按一定質量比混合均勻，密封、靜置于20-90℃環境中孵育5-24小時，冷卻至室溫，將得到的產物在水中浸泡、清洗以除去多余雜質，得到聚丙烯酸/石墨烯水凝膠；

2)將步驟1)得到的聚丙烯酸/石墨烯水凝膠浸入濃度為0.01-100mM的導電高分子單體溶液中，振蕩孵育2-12小時；加入一定質量的引發劑，將體系密封，控制溫度為0-30℃，振蕩孵育5-24小時；將得到的產物在水中浸泡、清洗以除去多余雜質，得到聚丙烯酸/石墨烯/導電高分子水凝膠，即聚丙烯酸復合水凝膠。

進一步地，所述步驟1)中的石墨烯是功能化的石墨烯材料及其衍生物，所述步驟1)中的石墨烯是氧化石墨烯、市售石墨烯、化學還原氧化石墨烯、石墨烯量子點或功能化石墨烯及其衍生物，所述功能化石墨烯及其衍生物是指不同官能團修飾的石墨烯材料，所述官能團包括但不限于酰胺基、氨基、丙烯酰胺基、羥基。

進一步地，所述步驟1)中的保護氣氛指惰性氣體氮氣、氬氣、氦氣中的一種或幾種。

進一步地，所述步驟1)中的丙烯酸單體為市售丙烯酸經減壓蒸餾純化所得。

進一步地，所述步驟1)中石墨烯與丙烯酸單體的質量比為1：10-1：3000，丙烯酸單體與引發劑的質量比為50：1-2000：1，丙烯酸單體與N,N′-亞甲基雙丙烯酰胺的質量比為50：1-2000：1。