一种可拉伸有机/无机复合水凝胶的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种可拉伸有机/无机复合水凝胶的制备方法，其包括以下步骤：（1）室温下，将水溶性单体、交联剂溶于去离子水中，搅拌并超声分散均匀后形成溶液，备用；（2）将过硫酸铵加入上述溶液中，搅拌并利用超声波分散形成反应体系；（3）将还原剂加入上述反应体系中，继续搅拌；（4）待步骤（3）所得产物开始变粘稠时加入吡咯单体和氧化剂，搅拌均匀后，迅速加入无机纳米材料分散液，继续搅拌5‑10min；（5）静置反应，将步骤（4）得到的产物在蒸馏水中净化平衡，得到可拉伸有机/无机复合水凝胶。

A preparation method of extensible organic / inorganic composite hydrogel

The invention discloses a stretchable organic / inorganic composite hydrogel and preparation method, which comprises the following steps: (1) at room temperature, the water soluble monomer, crosslinking agent dissolved in deionized water, stirring and ultrasonic dispersion form solution, standby; (2) will be added into the ammonium persulfate in the solution, stirring and ultrasonic dispersion formation reaction system; (3) reducing agent is added into the reaction system, continue stirring; (4) to step (3) the product becomes sticky when adding pyrrole monomer and oxidant, mixing evenly, quickly add inorganic nano material dispersion liquid, continue to stir 5 10min; (5) the static response, the step (4) obtained product purification balance in distilled water, get the stretchable organic / inorganic composite hydrogel.

【技术实现步骤摘要】
一种可拉伸有机/无机复合水凝胶的制备方法
本专利技术属于高分子复合材料
，具体涉及一种可拉伸有机/无机复合水凝胶的制备方法。
技术介绍
高分子水凝胶近年来成为研究的热点。高分子水凝胶是一种交联的3D网络结构，可吸收大量的水，其性质柔软，具有一定的弹性和力学强度。水凝胶是一种亲水系的高分子材料，其3D网络内部的亲水基团可与水分子结合，将其固定在网络结构内部，疏水长链部分遇水伸展，赋予水凝胶良好的可拉伸性能。水中水凝胶的3D网络结构主要以键合水、束缚水等形式存在，失去了流动性，因此水凝胶是一种介于固态和液态的中间态。水凝胶作为一种新型的高分子功能材料，具有独特的吸水保水、吸附、仿生、智能及生物相容等优良特性，广泛应用于人工肌肉、日用化工、建筑工程及环境保护等领域。由于高分子水凝胶3D网络内部的大量水分会导致其凝胶强度降低，从而限制了其在很多领域的广泛应用。近年来，为了提高高分子水凝胶的力学性能，研究者们在高分子水凝胶的3D网络内部引入纳米粒子制备高分子纳米复合水凝胶，其力学性能可通过纳米粒子的含量进行可控调节。而且，不同性能、形态的纳米粒子的引入还会赋予水凝胶的新的特性，例如导电性能、环境特性等。Servant等将碳纳米管引入聚甲基丙烯酸水凝胶网络中形成纳米复合水凝胶，水凝胶的导电性明显增强（ServantA,MethvenL,WilliamsRP,etal.Electroresponsivepolymer-carbonnanotubehydrogelhybridsforpulsatiledrugdeliveryinvivo.AdvancedHealthcareMaterials,2013,2:806-811）。Bai等人将氧化石墨烯引入导电高分子网络制备氧化石墨烯/导电高分子纳米复合水凝胶，所制备的水凝胶表现出良好的导电性和电化学活性，在生物传感器领域具有潜在的应用（BaiH,LiC,ZhangP,etal.Grapheneoxide/conductingpolymercompositehydrogels.JournalofMaterialsChemistry,2011,21（46）：18653-18658）。具有良好导电性及电化学活性的柔性导电复合水凝胶的成功制备为其作为柔性储能电极材料奠定了良好的基础。Guang等(GuangPH,FelixH,MartinO.Stretchableandsemitransparentconductivehybridhydrogelsforflexiblesupercapacitors.J.Am.Chem.Soc.,2014,8(7):7138-7146)将聚苯胺纳米粒子引入聚丙烯酰胺水凝胶的3D网络结构中，所制备的复合水凝胶网络具有高导电性、拉伸性和透明度，表现出良好的循环稳定性和倍率特性，其在柔性电极的应用方面具有巨大的发展潜力。由于柔性复合水凝胶基体高分子的绝缘性及其3D网络结构以大孔为主的结构特征，作为柔性电极材料，其导电性能及力学性能仍亟待提高。
技术实现思路
为了解决以上问题，本专利技术的目的是将导电聚吡咯和无机纳米材料成功引入有机高分子的3D网络结构，一方面可利用导电聚吡咯与有机高分子链之间物理缠结形成导电物理交联点；另一方面，一维或二维的无机纳米粒子的引入中有效调控有机高分子的3D多孔结构的同时赋予水凝胶良好的力学及导电性能。此种方法国内外尚未见报道。为了实现上述的专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种可拉伸有机/无机复合水凝胶的制备方法，包括如下步骤：（1）室温下，将水溶性单体、交联剂溶于去离子水中，搅拌并超声分散均匀后形成溶液，备用；（2）将过硫酸铵加入上述溶液中，搅拌并利用超声波分散形成反应体系；（3）将还原剂加入上述反应体系中，继续搅拌；（4）待步骤（3）所得产物开始变粘稠时加入吡咯单体、氧化剂，搅拌均匀后，迅速加入无机纳米材料分散液，继续搅拌5-10min（5）静置反应，将步骤（4）得到的产物在蒸馏水中净化平衡，得到可拉伸有机/无机复合水凝胶。进一步，所述步骤（1）中的水溶性单体为丙烯酰胺、丙烯酸中的一种。进一步，所述步骤（1）中的交联剂为N，Nˊ-亚甲基双丙烯酰胺。进一步，所述步骤（1）中水溶性单体的浓度为0.1g/mL，水溶性单体与交联剂的质量比为2000:1-100:1。进一步，所述步骤（2）中水溶性单体与过硫酸铵质量比为500:1-10:1。进一步，所述步骤（3）中的还原剂为氯化亚铁、Na2SO3、Na2S2O3、NaHSO3中的一种。进一步，所述步骤（3）中过硫酸铵与还原剂的摩尔比为10:1-20:1。进一步，所述步骤（4）中的氧化剂为过硫酸铵、过硫酸钾、无水三氯化铁、九水合硝酸铁中的一种。进一步，所述步骤（4）中水溶性单体与吡咯单体的质量比为2:1-50:1，吡咯单体与氧化剂的摩尔比为1:1，无机纳米材料分散液的浓度为0.5-10mg/mL。进一步，所述步骤（5）中静置反应时间为12-24h，净化平衡时间为24h，每4h换一次水。本专利技术是在常温下利用氧化-还原引发剂引发有机高分子水凝胶交联聚合，在其达到凝胶点之前引入导电聚吡咯与无机纳米材料。本专利技术的有益效果如下：1、本专利技术常温下即可反应成型，有利于导电聚吡咯在有机高分子水凝胶3D网络结构的有序生长，可有效提高复合水凝胶的导电性及电化学活性。2、本专利技术将无机纳米粒子引入复合水凝胶，可有效调控水凝胶的拉伸性能及导电性能。制备得到的可拉伸导电复合水凝胶，作为柔性储能电极材料有着良好的应用前景。3、本专利技术在常温下进行聚合反应，设备简单、操作容易，容易扩大规模生产。附图说明图1为本专利技术实施例1制备的复合水凝胶的弹性测试照片；图2为本专利技术实施例1制备的复合水凝胶的拉伸测试照片；图3为纯聚丙烯酸水凝胶（图3a）与本专利技术实施例1制备的复合水凝胶（图3b）的扫描电镜照片，图3a、3b均采用NovaNanoSEM450型扫描电镜进行测试，样品在测试前镀铂金。具体实施方式以下通过具体实施例对本专利技术进一步详细说明。但不应将此理解为本专利技术的内容仅限于下述实施例。实施例1一种可拉伸有机/无机复合水凝胶的制备方法，包括如下步骤：（1）室温下，将2g丙烯酸（购自成都科龙化工试剂厂）、0.001gN，Nˊ-亚甲基双丙烯酰胺（购自天津科密欧化学试剂有限公司）溶于15mL去离子水中，搅拌并超声分散均匀后形成溶液，备用；（2）将0.2g（0.88mmol）过硫酸铵（购自国药集团化学试剂有限公司）加入上述溶液中，搅拌并利用超声波分散形成反应体系；（3）将0.009gNaHSO3（0.088mmol）加入上述反应体系中，继续搅拌；（4）待步骤（3）所得产物开始变粘稠时加入0.134g（2mmol）吡咯单体、0.54g过硫酸钾（2mmol）搅拌均匀后，迅速加入5mL0.8mg/mL的Mxene分散液（制备方法参见MRLukatskaya,MashtalirO,RenCE,etal.Cationintercalationandhighvolumetriccapacitanceoftwo-dimensionaltitaniumcarbide.Science,2013,341:1502-1505.），继续搅拌5-10m本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可拉伸有机/无机复合水凝胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：室温下，将水溶性单体、交联剂溶于去离子水中，搅拌并超声分散均匀后形成溶液，备用；将过硫酸铵加入上述溶液中，搅拌并利用超声波分散形成反应体系；将还原剂加入上述反应体系中，继续搅拌；待步骤（3）所得产物开始变粘稠时加入吡咯单体和氧化剂，搅拌均匀后，迅速加入无机纳米材料分散液，继续搅拌5‑10min；静置反应，将步骤（4）得到的产物在蒸馏水中净化平衡，得到可拉伸有机/无机复合水凝胶。

【技术特征摘要】
1.一种可拉伸有机/无机复合水凝胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：室温下，将水溶性单体、交联剂溶于去离子水中，搅拌并超声分散均匀后形成溶液，备用；将过硫酸铵加入上述溶液中，搅拌并利用超声波分散形成反应体系；将还原剂加入上述反应体系中，继续搅拌；待步骤（3）所得产物开始变粘稠时加入吡咯单体和氧化剂，搅拌均匀后，迅速加入无机纳米材料分散液，继续搅拌5-10min；静置反应，将步骤（4）得到的产物在蒸馏水中净化平衡，得到可拉伸有机/无机复合水凝胶。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述水溶性单体为丙烯酰胺或丙烯酸。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述交联剂为N，Nˊ-亚甲基双丙烯酰胺。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述水溶性单体的浓度为0.1g/mL，所述水溶性单体与所述交联剂的质量比为2000:1-100:1。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩永芹，李廷希，李伟，王天琪，高萧萧，张宗霖，宋慧，张成祥，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东,37