一种具有抗溶胀特性的高强度微相分离离子凝胶及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有抗溶胀特性的高强度微相分离离子凝胶及其制备方法，微相分离离子凝胶由化学交联的聚合物网络组成，其中聚合物为P(AA

【技术实现步骤摘要】
一种具有抗溶胀特性的高强度微相分离离子凝胶及其制备方法


[0001]本专利技术属于功能材料
，涉及一种离子凝胶及其制备方法，具体涉及一种具有抗溶胀特性的高强度微相分离离子凝胶及其制备方法。

技术介绍

[0002]离子凝胶由离子液体作为聚合物凝胶的溶剂，由于其独特的物理化学性质，如高离子电导率，不可燃性，热、电化学稳定性，它吸引了许多学术兴趣。离子凝胶在热稳定性方面优于水凝胶，它们不容易蒸发，因此可以在开放的环境中使用，无需封装。基于上述优势，离子凝胶可以实现电子功能与生物功能的自然融合，有望成为健康记录电极、生物医学贴片、可穿戴水下传感器等生物组织技术的接口候选产品。为了满足上述应用的需求，离子凝胶不仅应具有一定的机械性能，而且应能够保持复杂环境下性能的稳定性。然而大多数传统离子凝胶的机械性能一般，并且在水中或者有机溶剂中会严重溶胀而导致力学性能的急速下降，这限制了离子凝胶在恶劣环境下的应用。因此，研究开发一种具有抗溶胀特性的高强度离子凝胶具有重要的应用价值。
[0003]近年来，对聚合物网络具有良好亲和力的离子水凝胶导体，如水溶性金属盐/离子液体等被用作离子导电元件。离子导体中的盐溶液/离子液体是水凝胶基质的主要溶剂，聚合物链嵌入其中，可以保证导电相在任何变形下的连续性。然而制备出的离子凝胶存在着离子液体严重泄露，电导率下降，力学性能降低的缺点。近来，通过加入阴离子单体制备了具有良好电导率以及力学性能的离子凝胶，然而这些离子凝胶由于单体的亲水性，在水下环境中会发生溶胀，从而导致机械性能较差，同时也会降低其电导率。因此，制备具有抗溶胀特性的高强度微相分离结构的离子凝胶仍是一个亟待解决的难题。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在提供一种具有抗溶胀特性的高强度微相分离离子凝胶及其制备方法，微相分离离子凝胶由化学交联的聚合物网络组成，其中聚合物为 P(AA
‑
co
‑
MEA)，单体为丙烯酸和丙烯酸
‑2‑
甲氧基乙酯，离子液体为1
‑
乙基
‑3‑ꢀ
甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐；该离子凝胶通过将单体置于离子溶液中，并于光照条件下一步光固化法合成了微相分离离子凝胶，制备过程简单、可操控性强，周期短，所制备的微相分离离子凝胶具有良好的抗溶胀特性、高机械性能以及良好的粘附性和高温稳定性能。
[0005]本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种具有抗溶胀特性的高强度微相分离离子凝胶，所述微相分离离子凝胶由化学交联的聚合物网络组成，其中聚合物为P(AA
‑
co
‑
MEA)，单体为丙烯酸和丙烯酸
‑2‑
甲氧基乙酯，离子液体为1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐。
[0007]作为本专利技术的一种限定，所述丙烯酸的摩尔量占单体总摩尔量的10
‑
90％。
[0008]作为本专利技术的第二种限定，所述微相分离离子凝胶中离子液体的含量为 40
‑
80wt％，聚合物的含量为20
‑
60wt％。
[0009]本专利技术中，离子液体的含量是至关重要的，这与其离子凝胶的性能息息相关，当离子液体的含量小于40wt％时，离子凝胶状态又硬又脆，无法测试其机械性能，这主要是因为离子液体的含量减少，会导致聚合物单体的相互作用增强，进而影响其离子凝胶的性能；当离子液体的含量大于80wt％时，离子凝胶状态显现又稀又软，这主要是因为离子液体的含量增加，会导致单体与离子液体之间的作用增强，进而影响其离子凝胶的性能。
[0010]本专利技术还提供了一种具有抗溶胀特性的高强度微相分离离子凝胶的制备方法，按照如下的步骤顺序依次进行：
[0011](1)将离子液体[EMIM][NTf2]加入玻璃瓶中，将丙烯酸和丙烯酸
‑2‑
甲氧基乙酯分别溶于离子液体[EMIM][NTf2]中，搅拌均匀后，随后加入光引发剂、交联剂，搅拌后得到溶液；
[0012](2)将步骤(1)所得溶液进行抽真空，并充N2以除去溶液中的O2，随后将溶液转移入长方形亚克力模具中，置于紫外灯下照射2h，形成微相分离的 P(AA
‑
co
‑
MEA)
‑
ILs离子凝胶。
[0013]作为上述制备方法的一种限定，所述光引发剂为2
‑
羟基
‑4‑
(2
‑
羟乙氧基)
‑2‑ꢀ
甲基苯丙酮，其加入的摩尔量占单体总摩尔量的0.5
‑
1％。
[0014]作为上述制备方法的第二种限定，所述交联剂为聚乙二醇双丙烯酸酯，其加入的摩尔量占单体总摩尔量的0.01
‑
0.1％。
[0015]作为上述制备方法的第三种限定，所述紫外灯照射的强度为5
‑
10W，波长为365nm。
[0016]本专利技术提供的一种抗溶胀高强度的微相分离的离子凝胶将具有高稳定性、高电导率的离子液体[EMIM][NTf2]和高强度聚合物网络相结合；将疏水性单体 MEA与亲水性单体AA在疏水性离子液体[EMIM][NTf2]中共聚，由于亲水性单体丙烯酸与疏水性离子液体亲和力较低，凝胶中的聚丙烯酸聚合物链聚集成局部密集的聚合物相，从而诱发强的聚合物内部相互作用，使得离子凝胶机械性能增强。疏水性单体丙烯酸
‑2‑
甲氧基乙酯与疏水性离子液体亲和力较高，局部形成松散相，产生微相分离结构，不仅提高离子凝胶的力学性能，而且可以调节其优异抗溶胀性，最终制备而成得到一种抗溶胀高强度的微相分离的离子凝胶。
[0017]本专利技术上述制备方法作为一个整体，各步骤之间是息息相关，不可分割的。
[0018]由于采用上述技术方案后，本专利技术所取得的有益效果如下：
[0019]1、本专利技术采用“一步光固化法”制备了微相分离离子凝胶，制备过程简单、可操控性强，过程易于控制，周期短。
[0020]2、本专利技术采用丙烯酸与丙烯酸
‑2‑
甲氧基乙酯作为原料，来源丰富，简单易得，成本低廉。
[0021]3、本专利技术所制备的微相分离离子凝胶具有良好的抗溶胀特性和高机械性能，该离子凝胶在水和十二烷溶液中浸泡24h后仍保持良好的韧性和导电特性；制备得到的离子凝胶拉伸强度0.037
‑
0.28MPa，断裂应变342
‑
716％，弹性模量15
‑
118KPa，韧性0.09
‑
1.01MJ m
‑3。此外，所制备的抗溶胀离子凝胶具有良好的粘附性和高温稳定性能。
[0022]本专利技术适用于制备具有抗溶胀和高机械性能的离子凝胶。
[0023]下面将结合说明书附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细说明。
附图说明
[0024][0025]图1为制备的微相分离离本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有抗溶胀特性的高强度微相分离离子凝胶，其特征在于，所述微相分离离子凝胶由化学交联的聚合物网络组成，其中聚合物为P(AA
‑
co
‑
MEA)，单体为丙烯酸和丙烯酸
‑2‑
甲氧基乙酯，离子液体为1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐。2.根据权利要求1所述的一种具有抗溶胀特性的高强度微相分离离子凝胶，其特征在于，所述丙烯酸的摩尔量占单体总摩尔量的10
‑
90％。3.根据权利要求1所述的一种具有抗溶胀特性的高强度微相分离离子凝胶，其特征在于，所述微相分离离子凝胶中离子液体的含量为40
‑
80wt％，聚合物的含量为20
‑
60wt％。4.如权利要求1
‑
3中任意一项所述的一种具有抗溶胀特性的高强度微相分离离子凝胶的制备方法，其特征在于，按照如下的步骤顺序依次进行：(1)将离子液体1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐加入玻璃瓶中，将丙烯酸和丙烯酸
‑2‑<...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦体峰，秦志辉，张佳鑫，张乐欣，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：