一种基于可聚合深共晶溶剂的导电复合材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术属于导电复合材料领域，提供了一种基于可聚合深共晶溶剂的导电复合材料及其制备方法与应用，其制备方法为：先用超支化聚酯原为聚合聚丙烯酰胺水凝胶，以这种水凝胶作为外壳，填充深共晶溶剂，并通过紫外光对填充到水凝胶中的深共晶溶剂进行引发聚合得到复合材料。经过本方法中的聚丙烯酰胺水凝胶增强的聚合的深共晶溶剂，在力学性能上有了很大的提升，并且多孔的水凝胶外壳与聚合的深共晶溶剂相容性极佳。相容性极佳。相容性极佳。

【技术实现步骤摘要】
一种基于可聚合深共晶溶剂的导电复合材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及一种可用于传感器领域的导电复合材料，具体涉及一种利用可聚合深共晶溶剂导电复合材料增强的方法。

技术介绍

[0002]公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003]智能材料结构的发展是以智能材料的发展与开发为依托的，因此各种传感材料，驱动材料的研制、改性，将不断丰富和发展智能结构体系。随着智能纺织品和人工智能技术特别是微型计算机技术的迅速发展，智能导电织物不仅可以用来消除静电，吸收电磁波，还因其体积小、功能强大、易于穿着等特点被广泛用于医疗、军事、航空和运动器材等多个领域。
[0004]深共晶溶剂的发现是绿色化学的重大突破是指由一定化学计量比的氢键受体(如季铵盐)和氢键给体(如酰胺、羧酸和多元醇等化合物)组合而成的两组分或三组分低共熔混合物，其凝固点显著低于各个组分纯物质的熔点。由Abbott等人于2003年首次报道深共晶溶剂的物理化学性质与离子液体非常相似，因此也有人把它归为一类新型离子液体或离子液体类似物。虽然深共晶溶剂在绿色化学中出现只有十几年，但却产生了涵盖各种研究领域和不同应用领域的大量出版物。深共晶溶剂是一种很有前途的替代传统有机溶剂的方法，因为它们的制备方法简单，使用的是极易获得的天然化合物。
[0005]水凝胶(Hydrogel)是以水为分散介质的凝胶。具有网状交联结构的水溶性高分子中引入一部分疏水基团和亲水残基，亲水残基与水分子结合，将水分子连接在网状内部，而疏水残基遇水膨胀的交联聚合物。是一种高分子网络体系，性质柔软，能保持一定的形状，能吸收大量的水。凡是水溶性或亲水性的高分子，通过一定的化学交联或物理交联，都可水凝胶以形成水凝胶。其中聚丙烯酰胺水凝胶由于在聚合物侧链含有大量的酰胺基团能够形成大量的氢键，可以赋予水凝胶以较强的力学性能。水凝胶的多孔结构给了我们很多利用水凝胶的空间。
[0006]目前来说，对于可聚合深共晶溶剂的增强方法多为共混大分子物质(如植酸)等物质，在聚合物网络中形成更加致密的氢键，以及增加缠结，来增强材料的力学性能；或者采用具有优异力学性能的多孔外壳，采用将可聚合深共晶溶剂填充到多孔外壳中的方法，来实现对深共晶溶剂导电材料的增强，例如采用纳米纸为多孔外壳，将丙烯酸与氯化胆碱深共晶溶剂填充到纳米纸的多孔结构中，通过光引发聚合深共晶溶剂，制备了一种高应力的导电纸。采用脱木质素的木材为外壳，将深共晶溶剂填充到木材的孔洞中聚合，制备的一种导电木材具有透明等优点，但是这些方法均存在许多问题，比如力学性能依然不强，或者聚合的深共晶溶剂与多孔外壳的相容性不佳导致在拉伸使用的过程中发生了相分离的现象。
这些缺点都阻碍着可聚合深共晶溶剂在柔性传感器中的应用。

技术实现思路

[0007]为了克服以上问题，本专利技术利用水凝胶的多孔结构，借助深共晶溶剂在水中优异的溶解性将其与聚丙烯酰胺水凝胶中水进行置换，成功将丙烯酸与氯化胆碱的深共晶溶剂(DES)填充到水凝胶的多孔结构中，再通过丙烯酸与丙烯酰胺的聚合制备了一种双网络的互增强复合材料。通过具有优异力学性能的聚丙烯酰胺外壳增强PDES的力学强度以及自愈合能力，进一步扩展其应用。通过在聚丙烯酰胺水凝胶中添加超支化聚酯来制备一种具有更大应力应变的水凝胶，将深共晶溶剂采用浸泡置换的方法填充到水凝胶外壳中并进行光引发聚合，使得深共晶溶剂在水凝胶的多孔结构中原位聚合成链。PDES在其中主要是起到导电作用，聚丙烯酰胺为复合材料提供优异的力学性能。聚丙烯酰胺的侧链酰胺基团以及PDES的侧链羧基的氢键相互作用为复合材料提供了自愈合性能。而且聚丙烯酰胺水凝胶与PDES的相容性好，在拉伸过程中不会出现相分离现象，增强了材料的使用寿命。制备的导电复合材料断裂应力高达3.14MPa,断裂应变接近1400％，导电能力可以达到0.21ms/cm。
[0008]为实现上述技术目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0009]本专利技术的第一个方面，提供了一种基于可聚合深共晶溶剂的导电复合材料的制备方法，包括：
[0010]将深共晶溶剂与交联剂和光引发剂混合均匀，得到混合溶液；
[0011]将溶胀后的聚丙烯酰胺水凝胶与所述混合溶液进行浸泡置换，然后，在光照下引发聚合，即得。
[0012]现有关于可聚合深共晶溶剂导电材料的研究，大多是集中在添加大分子物质(如植酸)，通过增强氢键的作用，以及分子间的缠结增强聚合物强度，但是这种方法对聚合物的强度的增强很有限；或者采用脱木质素的轻质木材气凝胶以及纳米纸等作为外壳，填充可聚合深共晶溶剂，来实现一个增强的效果，但是这种填充的方式由于填充的深共晶溶剂与多孔外壳的相容性不佳，会导致一个相分离的现象出现。为此，本专利技术对不同质量比的聚丙烯酰胺水凝胶与可聚合深共晶溶剂的含量对复合材料的性能影响进行了系统研究和实验摸索，提出了：通过调控超支化聚酯H20P与丙烯酰胺质量比，制备了一系列基于超支化聚酯原位聚合的聚丙烯酰胺水凝胶，同时将丙烯酸与氯化胆碱通过加热的方法制备了一种均匀透明的可聚合深共晶溶剂，将深共晶溶剂与水凝胶在不同质量比的置换条件下，置换后的水凝胶，通过紫外灯引发的条件下，在水凝胶多孔结构中的丙烯酸被引发聚合，制备了一系列导电复合材料。超支化聚酯原位聚合的聚丙烯酰胺水凝胶为复合材料提供了具有优异力学性能的外壳，并且聚丙烯酰胺水凝胶与聚合后的深共晶溶剂具有良好的相容性，两者紧密结合，不可分割，并且大量的酰胺基团和羧基形成了氢键，为复合材料的自愈合提供了基础，切断的复合材料在对接以后的0.2秒内电阻恢复超过99％。
[0013]本专利技术的第二方面，采用水凝胶置换再聚合的方法这是开创性的，这种方法制备的柔性导电复合材料的力学性能远超已知现有方法制备的柔性导电材料，具有深刻的研究价值。
[0014]本专利技术的第三个方面，提供了上述基于可聚合深共晶溶剂的导电复合材料在人体运动监测传感器、柔性电子屏、电子皮肤、柔性电路板以及导电涂层等方面的应用。
[0015]由于本专利技术制备的导电复合材料在室温下就具有优异的力学性能和导电能力，有望在人体运动监测传感器、柔性电子屏、电子皮肤、柔性电路板以及导电涂层等方面得到广泛的应用。
[0016]本专利技术的有益效果在于：
[0017](1)本专利技术提出的基于可聚合深共晶溶剂的柔性导电复合材料的制备方法是空前的，而且制备的复合材料在应力应变方面远远超过现有方法所制备的柔性导电材料，具有深刻的研究意义。
[0018](2)本专利技术基于深共晶溶剂中的离子运动来实现导电，导电效果好。通过超支化聚酯原位聚合的聚丙烯酰胺水凝胶为外壳来增强聚合的深共晶溶剂的力学性能。采用浸泡置换的方法，在水凝胶中引入第二个聚合网络，目前来说是第一次的，并且本专利技术的材料多为生物基材料，价格低廉，无毒环保，丰富易得。
[0019](3)本专利技术的制备方法简单，实用性强，易于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于可聚合深共晶溶剂的导电复合材料的制备方法，其特征在于，包括：将深共晶溶剂与交联剂和光引发剂混合均匀，得到混合溶液；将溶胀后的聚丙烯酰胺水凝胶与所述混合溶液进行浸泡置换，然后，在光照下引发聚合，即得。2.如权利要求1所述的基于可聚合深共晶溶剂的导电复合材料的制备方法，其特征在于，所述深共晶溶剂由丙烯酸与氯化胆碱组成。3.如权利要求1所述的基于可聚合深共晶溶剂的导电复合材料的制备方法，其特征在于，所述深共晶溶剂的制备方法为：将丙烯酸与氯化胆碱混合均匀，加热至60℃，处理2～3h，即得。4.如权利要求1所述的基于可聚合深共晶溶剂的导电复合材料的制备方法，其特征在于，溶胀后的聚丙烯酰胺水凝胶与制备的DES的质量比为1：1～1：5。5.如权利要求1所述的基于可聚合深共晶溶剂的导电复合材料的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：高传慧，王日璇，庞博，王彦庆，刘月涛，徐环斐，武玉民，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：