[發明專利]一種高韌性、防凍導電水凝膠及制備方法

有效

• 申請號: 202210283256.2
• 申請日: 2022-03-22
• 公開（公告）號: CN114478923B
• 公開（公告）日: 2023-09-15
• 發明（設計）人: 高傳慧;王彥慶;王日璇;陳丕成;周新婕;劉月濤;武玉民
• 申請（專利權）人: 青島科技大學
• 主分類號: C08F251/00
• 分類號: C08F251/00;C08F261/04;C08F220/56;C08F226/10;C08F222/38;C08K3/38;C08K5/053
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 鄭平

本發明涉及水凝膠的制備方法，具體涉及一種高韌性、防凍導電水凝膠及制備方法，屬于聚合物制備領域。該水凝膠以聚乙烯醇、丙烯酰胺、N?乙烯基吡咯烷酮、海藻酸鈉、甘油單體為原料，以硼砂作為聚乙烯醇的交聯劑，以N，N?亞甲基雙丙烯酰胺作為丙烯酰胺的交聯劑，以過硫酸鉀為引發劑，通過自由基反應得到，再通過干燥?溶脹法進行后處理得到最終產品。本發明制得的水凝膠具有較高韌性和防凍性能，且本發明所選用原料成本較低，具有廣闊的市場前景。步驟簡單、操作方便、實用性強。

技術領域

本發明涉及水凝膠的制備方法，具體涉及一種高韌性、防凍導電水凝膠制備方法，屬于聚合物制備領域。

背景技術

公開該背景技術部分的信息僅僅旨在增加對本發明的總體背景的理解，而不必然被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已經成為本領域一般技術人員所公知的現有技術。

水凝膠是一類具有三維交聯網絡結構且內部含有大量水的高分子材料。在凝膠網絡中，水分子與聚合物鏈的親水基團緊密結合，由常溫常壓下難以加工的液態轉變為流動性受限的類固態。因此水凝膠材料兼具了傳統體相材料的良好固體力學性能和流體熱力學性能。水凝膠作為以水為主要成分的軟質材料，可塑性強，具有良好的彈性與生物相容性，在軟體機器人，智能制動器，組織工程和柔性電子器件等領域有著巨大的應用前景。

具有顯著的導電性和與人體皮膚相似的感知功能的柔性電子器件在推進人體表皮檢測、植入式傳感器和實時監測傳感器方面具有重要意義。一般來說，這些器件應該具有合適的機械韌性、與人體的彈性模量相匹配的彈性模量和較高的靈敏度，能夠有效地將生理參數轉換為可檢測的電信號。在不同類型的傳感材料中，水凝膠作為一種極親水的三維網絡結構凝膠，變形和韌性導電性水凝膠是最合適的傳感器候選材料之一。它具有可調的生物相容性彈性模量，具有按需設計的力學性能，覆蓋了人體組織的所有模量，以適應傳感應用。

然而，傳統的水凝膠通常使用水作為電子離子介質。雖然獲得了電和機械性能，但大多數復合水凝膠不能承受極端環境，不具有環境穩定性。它在高溫條件下會干燥，在零度以下結冰。即使在室溫下，水凝膠也不可避免地會失水，導致機械硬化和變形能力較弱，阻礙了可執行的電氣設備的環境穩定性和操作耐久性。離子導電水凝膠因其制備工藝簡單、成本低、電導率高而特別吸引人然而，盡管離子水凝膠中的豐富的水可以提供理想的導電性和高效的離子遷移，但通常導致機械強度不足，同時，離子導電水凝膠較差的抗凍性限制了其在極端寒冷環境中的應用。這是因為水凝膠中的大量水不可避免地在零下的溫度下凍結，從而影響了水凝膠的機械彈性和離子傳輸能力。

發明內容

本發明的目的在于克服現有材料中的缺陷，并提供一種高韌性、防凍導電水凝膠及制備方法。

為實現上述技術目的，本發明采用如下技術方案：

本發明的第一個方面，提供了一種高韌性、防凍導電水凝膠的制備方法，包括：

向海藻酸鈉溶液中依次加入聚乙烯醇、丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮、丙烯酰胺的交聯劑、聚乙烯醇的交聯劑、引發劑混合均勻，加熱進行共聚，得到水凝膠；

對所述水凝膠進行干燥-溶脹處理，即得。

海藻酸鈉(SA)是一種天然、廉價的多糖，由α-Lguuronic?acid和P-D-甘露糖酸兩個替代單元組成，因其良好的生物相容性和生物降解性而備受關注，在化學、生物、醫藥和食品領域有廣泛的應用。除了良好的生物相容性外，海藻酸鈉還可以作為聚電解質，使水凝膠具有良好的導電性。此外，海藻酸鈉也可以提高水凝膠體系中的機械強度。傳統的丙烯酰胺水凝膠往往強度很低，因此我們將N-乙烯基吡咯烷酮引入體系，與丙烯酰胺形成共聚體系，以增強水凝膠強度。同時，我們還通過干燥-溶脹方法誘導復合水凝膠內PVA微晶的形成，該方法可有效提升水凝膠的力學性能。