[發明專利]一種離子水凝膠其制備方法

有效

• 申請號: 202011294231.X
• 申請日: 2020-11-18
• 公開（公告）號: CN112300412B
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 胡寧;文杰;寧慧銘;唐佳
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: C08J3/075
• 分類號: C08J3/075;C08L29/04;C08K13/06;C08K5/053;C08K3/16;C08K9/10;C08K3/32
• 代理公司: 北京正華智誠專利代理事務所(普通合伙) 11870
• 代理人: 李林合

本發明提供了一種離子水凝膠及其制備方法，包括以下步驟：制備羥基磷灰石納米線漿料；向制得的羥基磷灰石納米線漿料中加入單寧酸并調節溶液的pH值為弱堿性，攪拌，得單寧酸包裹的羥基磷灰石納米線懸浮液；向單寧酸包裹的羥基磷灰石納米線懸浮液中加入乙二醇、PVA和三氯化鋁，混勻，將混合物于90?100℃條件下攪拌至PVA完全溶解，然后將混合物依次進行冷凍、解凍操作，如此循環凍融2?5次，制得。該凝膠可有效解決現有的水凝膠存在的抗凍效果差、抗紫外線能力差、力學性能差、傳感功能單一化、工作壽命短的問題。

技術領域

本發明屬于離子水凝膠技術領域，具體涉及一種離子水凝膠及其制備方法。

背景技術

離子水凝膠被認為是替代生物質能皮膚的有力候選者。它具有與人體皮膚相似的功能，例如能夠感應不同類型的力(拉力和壓力)和溫度變化。此外，它還具有人類皮膚不具備的功能，例如：感知超聲波和濕度變化的能力，以及光致變色的能力。在離子水凝膠領域，水凝膠已逐漸成為國內外研究的熱點。

但目前，離子水凝膠還遍存在以下缺點：

1.在正常溫度和濕度下，水凝膠極易失水，導致與外界接觸時，不能進行長期有效的工作；

2.在低溫環境下，水凝膠中的自由水極易結冰；

3.具有透明性的水凝膠，往往缺乏紫外線屏蔽的功能，限制其在某些特殊環境中的應用，例如高原，高海拔或紫外線強烈的太空區域；

4.傳感功能單一化，即通常只能對一種物理量有所響應，不能對多種物理量進行響應。

5.力學性能差，通常不能承受較高的拉伸形變或壓縮應力。

因此，研發出一款低溫防凍、抗紫外線、力學性能好、多模式傳感性能且能長期有效工作的高導電水凝膠顯得尤為重要。

發明內容

針對現有技術中存在的上述問題，本發明提供一種離子水凝膠及其制備方法，該方法可有效解決現有水凝膠存在的抗凍效果差、抗紫外線能力差、力學性能差、傳感功能單一化、有效工作壽命短的問題。

為實現上述目的，本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種離子水凝膠的制備方法，包括以下步驟：

(1)制備羥基磷灰石納米線漿料；

(2)向步驟(1)中制得的羥基磷灰石納米線漿料中加水和單寧酸并調節溶液的pH值為弱堿性，攪拌，得單寧酸包裹的羥基磷灰石納米線懸浮液；

(3)向步驟(2)中的單寧酸包裹的羥基磷灰石納米線懸浮液中加入乙二醇、PVA和三氯化鋁，混勻，將混合物于90-100℃條件下攪拌至PVA完全溶解，然后將混合物進行冷凍，然后解凍，如此循環凍融2-5次，制得。

上述方案中，將單寧酸包覆于羥基磷灰石納米線表面，由于單寧酸具有較強的親水性，單寧酸包覆的羥基磷灰石納米線在水中顯示出良好的均勻分性，對水凝膠的力學性提高有很大的幫助；具有合適納米尺寸的單寧酸包覆于羥基磷灰石納米線能夠反射較短波長的紫外線，并允許較長波長的可見光通過，能夠起到反射紫外線，實現透明性的作用；單寧酸特殊的兒茶酚基團對紫外光波有吸收作用，能夠起到抗紫外線的作用；單寧酸和金屬離子Al³⁺有螯合作用，使得金屬離子Al³⁺能夠在二元溶劑中均勻分布，提高了水凝膠的導電性；并且金屬離子Al³⁺在乙二醇分子和水分子形成的分子級離子水通道中能夠更快速的移動，從而極大地提高了應變傳感的敏感性。