[發(fā)明專利]一種具有超拉伸性能的聚磷酸鎳無機(jī)水凝膠的制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310040477.1
• 申請(qǐng)日: 2023-01-12
• 公開（公告）號(hào): CN115920791A
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周桐桐;崔樹勛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西南交通大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J13/00
• 分類號(hào): B01J13/00;H01B1/22
• 代理公司: 成都點(diǎn)睛專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51232
• 代理人: 霍淑利

本發(fā)明涉及一種具有超拉伸性能的聚磷酸鎳無機(jī)水凝膠的制備方法，屬于無機(jī)功能高分子材料領(lǐng)域。本發(fā)明的一種具有超拉伸性能的聚磷酸鎳無機(jī)水凝膠的制備方法，所用主要原料為高分子量的聚磷酸銨和小分子無機(jī)鹽：氯化鈉和氯化鎳，在室溫下攪拌、混合即可，易于操作。聚磷酸鎳無機(jī)水凝膠的形成主要依靠的是鎳離子與磷酸根離子之間的配位相互作用，這種動(dòng)態(tài)的非共價(jià)鍵賦予凝膠超拉伸性能和自修復(fù)性能。同時(shí)，因其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中存在可自由移動(dòng)的離子(如Ni²⁺,Na⁺,Cl^?)，聚磷酸鎳無機(jī)水凝膠具有良好的導(dǎo)電性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無機(jī)功能高分子材料領(lǐng)域，具體涉及一種具有超拉伸性能的聚磷酸鎳無機(jī)水凝膠的制備方法。

背景技術(shù)

近年來，軟體機(jī)器人已發(fā)展成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。水凝膠傳感器是軟體機(jī)器人領(lǐng)域的重要研究對(duì)象，它能夠?qū)z測(cè)到的外部機(jī)械形變(比如拉伸、壓縮、彎曲等)轉(zhuǎn)化為可以記錄的電學(xué)信號(hào)(比如電流、電阻和電容)，廣泛應(yīng)用于電子皮膚、健康監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。目前，基于水凝膠的傳感器多是將不同的導(dǎo)電填料(比如金屬、碳納米管、石墨烯、導(dǎo)電聚合物和電解質(zhì))摻雜進(jìn)柔性的聚合物基質(zhì)中，構(gòu)筑高性能的應(yīng)變傳感器。在外界機(jī)械應(yīng)變或應(yīng)力作用下，導(dǎo)電填料之間的界面電阻會(huì)發(fā)生變化，進(jìn)而引起電學(xué)信號(hào)的變化。雖然這類傳感器有較高的靈敏度，但是它們的最大斷裂伸長(zhǎng)率不超過100％，這限制了水凝膠傳感器在更大拉伸條件下的應(yīng)用。

為了使水凝膠有高的拉伸性能，人們研發(fā)了雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠。雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠由至少兩種聚合物鏈通過化學(xué)和物理交聯(lián)(比如：離子相互作用、氫鍵、疏水相互作用)形成互穿網(wǎng)絡(luò)。在外力的作用下，較薄弱的第一層網(wǎng)絡(luò)遭到大量破壞，耗散大量能量；第二層網(wǎng)絡(luò)保持結(jié)構(gòu)的完整性，繼續(xù)被拉伸。最終，得到具有較高拉伸性能的水凝膠。但是，雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠的制備過程往往比較繁瑣。目前，亟需尋求一種簡(jiǎn)單、易操作的方法來制備超拉伸水凝膠。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有導(dǎo)電水凝膠材料斷裂伸長(zhǎng)率差、制備過程繁瑣的問題，提供一種具有超拉伸性能的聚磷酸鎳無機(jī)水凝膠的制備方法。

本發(fā)明實(shí)施例提供一種具有超拉伸性能的聚磷酸鎳無機(jī)水凝膠的制備方法，包括以下步驟：

步驟1：將聚磷酸銨加入到去離子水中，并攪拌均勻，獲得聚磷酸銨懸浮液；

步驟2：將氯化鈉加入到去離子水中，獲得氯化鈉溶液，將所述氯化鈉溶液加入到所述聚磷酸銨懸浮液中，獲得所述混合物溶液；

步驟3：將氯化鎳加入到去離子水中，獲得氯化鎳溶液，并在攪拌或超聲條件下，將所述氯化鎳溶液加入到所述混合物溶液中，發(fā)生交聯(lián)作用形成團(tuán)聚物。將所述團(tuán)聚物收集，并于密封的玻璃器皿中靜置8-12小時(shí)，得到聚磷酸鎳無機(jī)水凝膠。其中，氯化鎳中鎳離子與聚磷酸銨中磷酸根離子的摩爾計(jì)量比應(yīng)大于1:2。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。

進(jìn)一步的，所述聚磷酸銨的聚合度＞1000。

進(jìn)一步的，所述氯化鈉與聚磷酸銨的質(zhì)量比為1:3-5:3。

進(jìn)一步的，所述氯化鈉與聚磷酸銨的質(zhì)量比為2:3。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明所制備的聚磷酸鎳無機(jī)水凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中存在鎳離子和磷酸根離子之間的動(dòng)態(tài)相互作用，具有超拉伸性能和自修復(fù)性能。聚磷酸鎳無機(jī)水凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中自由離子(比如：Ni²⁺,Na⁺,Cl^-)的存在使其具有導(dǎo)電性，對(duì)應(yīng)變響應(yīng)靈敏。本發(fā)明提出的單一物理交聯(lián)導(dǎo)電水凝膠制備方法簡(jiǎn)單、易操作，不涉及復(fù)雜的分子設(shè)計(jì)、合成和制備過程，且性能突出，與普通導(dǎo)電水凝膠相比，具有超拉伸的性能(拉伸比6000)。這種具有超拉伸性能和自修復(fù)性能的導(dǎo)電水凝膠在廣泛的領(lǐng)域有潛在的應(yīng)用價(jià)值。

具體實(shí)施方式