一种韧性抗静电双网络硅水凝胶及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种韧性抗静电双网络硅水凝胶及其制备方法，所述双网络结构由第一高分子网络和第二高分子网络相互穿插形成，所述第一高分子网络为烯类单体通过自由基加成聚合形成碳链聚合物，然后通过化学交联或疏水缔合作用形成的交联网络；所述第二高分子网络为含硅单体通过缩合聚合形成含硅聚合物，然后通过氢键作用形成的交联网络。本发明专利技术将烯类单体和硅单体共同溶解于同一体系，采用不同的聚合机理可实现一步成型，无需经过第一网络干燥、再次溶胀等过程，制备方法简单，耗费时间短，生产效率高，成本低，获得的双网络硅水凝胶兼具有优异的韧性、抗疲劳性能、自恢复性能及抗静电性能，有利于产业化，扩大其应用范围。

Ductile antistatic double network silicon hydrogel and preparation method thereof

The invention discloses a ductile antistatic double network silicon hydrogel and a preparation method thereof. The double network structure is formed by interpenetrating between the first polymer network and the second polymer network. The first polymer network is a cross-linking network formed by the monomer polymerization of vinyl monomers through free radical addition polymerization, and then formed by chemical crosslinking or hydrophobic association. The second high network is composed of two layers. The molecular network is a crosslinking network formed by condensation polymerization of silicon-containing monomers and hydrogen bonding. The invention can dissolve vinyl monomers and silicon monomers together in the same system, and adopt different polymerization mechanisms to achieve one-step molding without the need of first network drying and re swelling. The preparation method is simple, the time consumption is short, the production efficiency is high, and the cost is low. The obtained double network silicon hydrogel has excellent toughness, fatigue resistance, self recovery and antistatic property. Yes, it is conducive to industrialization and expansion of its application scope.

【技术实现步骤摘要】
一种韧性抗静电双网络硅水凝胶及其制备方法
本专利技术属于高分子材料
，具体涉及一种韧性抗静电双网络硅水凝胶及其制备方法。
技术介绍
水凝胶是一种由水溶胀的高分子网络形成的材料。其高分子网络可以通过物理交联或者化学交联的方式形成。水凝胶含水量高，且可以保持固定的形状，在水和有机溶剂中不会溶解。水凝胶在生物医学、环境保护、智能电子器件等领域有着广泛的应用。然而，传统的水凝胶力学机械性能较差，成为限制其进入实际应用的重要瓶颈。近年来，众多研究者们通过设计水凝胶的结构，致力于提升水凝胶的力学机械性能。如龚剑萍教授提出的双网络水凝胶(AdvancedMaterials.2003,15(14),1155-1158)，两个不同的高分子网络互相穿插，协同耗散能量，在提升水凝胶机械性能方面有着出人意料的效果。专利技术专利CN201310408122.X公开了一种高强度纳米复合高分子双网络水凝胶及其制备方法，该纳米复合高分子双网络水凝胶的制备步骤如下：先将第一网络单体、交联剂和引发剂溶解于含纳米粒子水分散液中，将得到的混合溶液倒入模具中加热聚合，得到第一网络水凝胶。将第二网络单体、交联剂和引发剂溶解于水中，再将第一网络水凝胶放入该溶液中，溶胀24小时，然后加热聚合，得到高强度纳米复合高分子双网络水凝胶。但上述方法均由两个通过化学交联形成的高分子网络互穿而成，虽然具有力学机械性能优异的特点，但拉伸回复性能差，缺乏抗疲劳性能与自愈合性能，在很大程度上缩短了水凝胶的使用寿命。随着水凝胶的发展，通过物理交联作用制备的双网络水凝胶跃入人们的眼帘，因物理交联作用具备可逆再构建的特性，在被破坏后能够重新建立，如专利技术专利CN201410529821.4公开了一种高强度双网络纳米二氧化硅复合水凝胶的制备方法，该方法中海藻酸钠与Ca2+进行离子交联形成水凝胶的第一网络，丙烯酰胺与N,N’-亚甲基双丙烯酰胺聚合交联形成水凝胶的第二网络，海藻酸钠的第一网络与丙烯酰胺的第二网络直接通过海藻酸钠长链上的羧基与聚丙烯酰胺上的氨基所形成的酰胺基团进行交联，使用氢键交联和离子交联的方法制备了一个高韧性双网络水凝胶，拉伸强度为0.285MPa，断裂伸长率为2137％。但上述方法采用两步法制备，涉及第一网络的合成，干燥，重新溶胀引进第二网络单体，二次聚合等步骤，制备过程复杂，耗费时间较长，采用溶胀法引进第二网络的单体，不仅需要过量的第二单体，造成原料的浪费，而且因为溶胀过程无法精确控制，导致凝胶的性能难以重复。含硅聚合物在诸多领域都有着广泛的应用，如硅橡胶就是重要的隐形眼镜材料之一，硅橡胶具有良好的透气性和柔性，专利CN106950717A将含氟硅氧烷线形聚合物与亲水高分子网络实现互穿，制备了一种亲水性能良好的含氟硅氧烷互穿网络水凝胶。含硅聚合物与碳原子相比，硅原子半径较大，形成的键易于极化，电负性较小，具有3d空轨道，以化学键形式结合到基于碳氢氮硫的传统共轭聚合物中能显著改变共轭聚合物的电子结构和状态，从而改善聚合物的光电性能，因此含硅聚合物水凝胶在电子器件材料领域具有很好的应用前景，然而，其抗静电性能不足是限制其在电子器件上应用的一个重要瓶颈，也限制了其应用范围。因此，通过简便的方法赋予含硅聚合物良好的抗静电性能也是硅水凝胶发展的重要需求。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的在于提供一种韧性抗静电双网络硅水凝胶，解决了现有水凝胶无法同时具备良好力学机械性能、自愈合性能、抗疲劳性能及抗静电性能的问题。本专利技术还提供了一种韧性抗静电双网络硅水凝胶的制备方法，解决了现有方法制备方法复杂、不易控、耗费时间较长和生产效率低的问题。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种韧性抗静电双网络硅水凝胶，所述硅水凝胶为双网络结构，所述双网络结构由第一高分子网络和第二高分子网络相互穿插形成共价-氢键双网络硅水凝胶或疏水缔合-氢键双网络硅水凝胶，所述第一高分子网络为第一网络单体通过自由基加成聚合形成碳链聚合物，然后通过化学交联或疏水缔合作用形成的交联网络；所述第二高分子网络为第二网络单体通过缩合聚合形成含硅聚合物，然后通过氢键作用形成的交联网络；所述第一网络单体为亲水烯类单体和/或疏水烯类单体；所述第二网络单体为含硅单体。进一步，所述亲水烯类单体为丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸和甲基丙烯酰胺中的一种或多种；所述疏水烯类单体为甲基丙烯酸十八烷基酯和/或甲基丙烯酸十六烷基酯；所述含硅单体为六甲基二硅氧烷、正硅酸乙酯和甲基三甲氧基硅烷中的一种或多种。本专利技术还提供了一种上述韧性抗静电双网络硅水凝胶的制备方法，包括以下步骤：将亲水烯类单体、交联剂和引发剂溶于去离子水中，然后加入含硅单体、催化剂和助溶剂，混合均匀得到混合溶液，使混合溶液中总单体浓度为3.00～3.25mol/L，然后将所述混合溶液加入至玻璃模具中，于60℃～80℃下聚合反应20h～28h，聚合反应结束，将水凝胶置于去离子水中透析，即得到所述共价-氢键双网络硅水凝胶。进一步，所述亲水烯类单体与含硅单体的质量比为1.00～1.30。进一步，所述交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺或1,4-二乙烯基苯，所述交联剂与亲水烯类单体的质量比为0.002～0.004；所述引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵，所述引发剂与亲水烯类单体的质量比为0.001～0.002。进一步，所述催化剂为浓盐酸，所述催化剂与含硅单体的质量比为0.83～1.09；所述助溶剂为乙醇，所述助溶剂与含硅单体的质量比为0.37～0.49。。本专利技术还提供了上述韧性抗静电双网络硅水凝胶的制备方法，包括以下步骤：将第一网络的单体、乳化剂、引发剂与第二网络单体、催化剂、助溶剂溶于去离子水中，混合均匀得到混合溶液，使混合溶液中的总单体浓度为3.02～3.41mol/L，然后将所述混合溶液灌入玻璃模具中，于60℃～80℃下聚合反应20h～28h，聚合反应结束，将水凝胶置于去离子水中透析，即得到所述疏水缔合-氢键双网络硅水凝胶。进一步，所述第一网络单体与第二网络单体的质量比为0.79～0.99。进一步，所述乳化剂为十六烷基三甲基溴化铵胺或十二烷基三甲基溴化铵，乳化剂与第一网络单体的质量比为0.47～0.53；引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵，引发剂与第一网络单体的质量比为0.0044～0.0049。进一步，所述催化剂为浓盐酸、硫酸或对甲苯磺酸，所述催化剂与第二网络单体的质量比为0.74～0.83；助溶剂为乙醇或甲醇，所述助溶剂与第二网络单体的质量比为0.33～0.37。相比现有技术，本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术将烯类单体和硅单体共同溶解于同一体系，采用不同的聚合机理同时形成碳链聚合物网络和含硅聚合物网络，一步获得高韧性抗静电双网络硅水凝胶。烯类单体通过自由基加成聚合形成第一高分子网络，含硅单体通过缩合聚合形成第二高分子网络，两个高分子网络互相穿插，协同提升硅水凝胶的综合力学机械性能。本专利技术可实现一步成型，无需经过第一网络干燥、再次溶胀等过程，制备方法简单，耗费时间短，成产效率高，成本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种韧性抗静电双网络硅水凝胶，其特征在于，所述硅水凝胶为双网络结构，所述双网络结构由第一高分子网络和第二高分子网络相互穿插形成共价-氢键双网络硅水凝胶或疏水缔合-氢键双网络硅水凝胶，所述第一高分子网络为第一网络单体通过自由基加成聚合形成碳链聚合物，然后所述碳链聚合物通过化学交联或疏水缔合作用形成的交联网络；所述第二高分子网络为第二网络单体通过缩合聚合形成含硅聚合物，然后所述含硅聚合物通过氢键作用形成的交联网络；所述第一网络单体为亲水烯类单体和/或疏水烯类单体；所述第二网络单体为含硅单体。/n

【技术特征摘要】
1.一种韧性抗静电双网络硅水凝胶，其特征在于，所述硅水凝胶为双网络结构，所述双网络结构由第一高分子网络和第二高分子网络相互穿插形成共价-氢键双网络硅水凝胶或疏水缔合-氢键双网络硅水凝胶，所述第一高分子网络为第一网络单体通过自由基加成聚合形成碳链聚合物，然后所述碳链聚合物通过化学交联或疏水缔合作用形成的交联网络；所述第二高分子网络为第二网络单体通过缩合聚合形成含硅聚合物，然后所述含硅聚合物通过氢键作用形成的交联网络；所述第一网络单体为亲水烯类单体和/或疏水烯类单体；所述第二网络单体为含硅单体。


2.根据权利要求1所述韧性抗静电双网络硅水凝胶，其特征在于，所述亲水烯类单体为丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸和甲基丙烯酰胺中的一种或多种；所述疏水烯类单体为甲基丙烯酸十八烷基酯和/或甲基丙烯酸十六烷基酯；所述含硅单体为六甲基二硅氧烷、正硅酸乙酯和甲基三甲氧基硅烷中的一种或多种。


3.一种如权利要求1所述韧性抗静电双网络硅水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将亲水烯类单体、交联剂和引发剂溶于去离子水中，然后加入含硅单体、催化剂和助溶剂，混合均匀得到混合溶液，使混合溶液中总单体浓度为3.00～3.25mol/L，然后将所述混合溶液加入至玻璃模具中，于60℃～80℃下聚合反应20h～28h，聚合反应结束，将水凝胶置于去离子水中透析，即得到所述共价-氢键双网络硅水凝胶。


4.根据权利要求3所述韧性抗静电双网络硅水凝胶的制备方法，其特征在于，所述亲水烯类单体与含硅单体的质量比为1.00～1.30。


5.根据权利要求3所述韧性抗静电双网络硅水凝胶的制备方法，其特征在于，所述交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺或1,4-二乙烯基苯，所述交联剂与亲水烯类单体的...

【专利技术属性】
技术研发人员：高晨，杨倩玉，钟家春，郑晓翼，赵星宇，张雪梅，夏益青，邹智挥，白兰涵，附怡清，杨婷，
申请(专利权)人：四川轻化工大学，
类型：发明
国别省市：四川;51