一种甜菜碱基导电水凝胶的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种甜菜碱基导电水凝胶的制备方法，先将丙烯酸、丙烯酰胺单体与甜菜碱、海藻酸钠溶液均匀共混，再加入N,N

【技术实现步骤摘要】
一种甜菜碱基导电水凝胶的制备方法


[0001]本专利技术涉及高分子材料
，尤其涉及一种甜菜碱基导电水凝胶的制备方法。

技术介绍

[0002]随着科技的快速发展，人类生活水平不断提高，人们对于生物医疗、健康监测等方面的要求也不断提高，可穿戴式电子传感设备由于能够持续实时的监测人体运动和生理信号而备受关注。传统的可穿戴式电子传感设备通常是刚性的，无延展性、无折柔性，大大限制了其在人体活动监测中的应用，柔性可穿戴传感器应运而生。传统的PET基以及PDMS基等柔性传感器虽具有可弯折性，但并不能实现对人体关节及皮肤的良好贴合，仍不能满足人们对于柔性传感器拉伸性及舒适度的要求。理想的可穿戴式电子传感设备应轻便易携带、可实现较大的拉伸变形、与人体皮肤有良好贴合性以及具有稳定的传感性能。
[0003]水凝胶是一类具有三维网络结构的高分子聚合物，拥有极强的吸水和保水性能，具有良好的拉伸性、延展性、耐疲劳性和生物相容性，可实现与各种复杂形状表面之间的贴合，是刚性传统电子传感器的良好替代品。通过在水凝胶网络中加入导电成分以赋予水凝胶导电特性，制备出兼具导电性和机械柔性的导电水凝胶。其中，离子导电水凝胶与人类皮肤的离子导电方式非常相似，并且具有良好的力学性能、稳定的导电性和较高的灵敏度，被认为是仿生电子皮肤的最佳候选材料之一。
[0004]然而，导电水凝胶型柔性传感器在使用过程中不可避免的会受到损伤，自恢复、自愈合性能可以有效地延长柔性传感器的使用寿命，节约资源、降低成本，有利于绿色可持续发展。水凝胶中的水分在空气中会不可避免地蒸发，造成水凝胶柔性、弹性等功能逐渐丧失，严重影响离子导电水凝胶的电化学性能，大大限制了水凝胶的实际应用，提高水凝胶的柔韧性和保水性具有重要意义。另外，大多数的水凝胶不能直接粘附在皮肤上，在进行传感监测时需要用额外的胶带进行固定，不可避免的会出现两界面之间的分层和摩擦，在很大程度上影响灵敏度，在实时监测中可能会出现信号滞后以及不准确、不稳定等现象。

技术实现思路

[0005]本专利技术是为了解决上述的技术问题。提供的一种甜菜碱基导电水凝胶，先将丙烯酸、丙烯酰胺单体与甜菜碱、海藻酸钠溶液均匀共混，再加入N,N
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亚甲基双丙烯酰胺与过硫酸铵分别作为交联剂与引发剂，在加热环境中通过引发剂热引发单体与交联剂的无规则共聚，形成聚合物网络，利用聚合物网络与甜菜碱、海藻酸钠高分子链之间的多种相互作用，得到甜菜碱基导电水凝胶。本专利技术的优点在于制备方法简单，生物相容性好，此方法制备的甜菜碱基导电水凝胶具有良好的柔韧性、保水性、抗冻性、粘附性、导电性以及自愈合性
[0006]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种甜菜碱基导电水凝胶的制备方法，先将丙烯酸、丙烯酰胺单体与甜菜碱、海藻酸钠溶液均匀共混，再加入N,N
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亚甲基双丙烯酰胺与过硫酸铵分别作为交联剂与引发剂，在加热环境中通过引发剂热引发单体与交联剂的无规则
共聚，形成聚合物网络，利用聚合物网络与甜菜碱、海藻酸钠高分子链之间的多种相互作用，得到甜菜碱基导电水凝胶；具体方法包括以下步骤：
[0007](1)将海藻酸钠与水均匀混合，搅拌30
‑
60min，得到澄清的溶液；
[0008](2)将丙烯酸单体、丙烯酰胺单体、甜菜碱与水混合，超声10
‑
30min，得到均匀的混合液；
[0009](3)将步骤(2)所得到的混合液加入到步骤(1)所得溶液中，搅拌30
‑
120min，得到均匀的混合液二；
[0010](4)向步骤(3)所得到的混合液二中加入N,N
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亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸铵，分别在室温下搅拌30
‑
60min，得到水凝胶前驱液；
[0011](5)将步骤(4)所得水凝胶前驱液浇铸到硅胶模具中，再进行2
‑
3次脱气处理，除去前驱液中的气泡；
[0012](6)将步骤(5)所得脱气处理后的前驱液在空气环境中，自由基聚合，得到甜菜碱基导电水凝胶。
[0013]优选的，步骤(1)(2)中海藻酸钠、甜菜碱、水的质量比为0
‑
0.09：1：1.08
‑
7.17。
[0014]优选的，步骤(2)中甜菜碱、丙烯酸单体、丙烯酰胺单体的质量比为0.5
‑
7.5：1：0
‑
5。
[0015]优选的，步骤(2)(4)中丙烯酸单体、N,N
‑
亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵的质量比为1：0
‑
0.15：0.005
‑
0.125。
[0016]优选的，步骤(6)引发单体自由基聚合的温度为60℃。
[0017]优选的，步骤(6)单体自由基聚合的时间控制在0.5
‑
4小时。
[0018]聚(丙烯酸
‑
丙烯酰胺)网络作为刚性网络对水凝胶的结构起支撑作用；海藻酸钠网络作为柔性网络，可在发生大应变时有效耗散能量；甜菜碱赋予水凝胶良好的保湿抗冻性能。本专利技术使用聚(丙烯酸
‑
丙烯酰胺)网络作为水凝胶的框架结构，引入海藻酸钠物理交联网络和甜菜碱弱络合网络，网络与网络之间通过聚合物链互穿、缠绕以及物理化学交联共同作用，构建出甜菜碱基导电水凝胶。甜菜碱基导电水凝胶网络中存在着大量的导电离子(质子和金属钠离子)，使水凝胶表现出良好的应变敏感性，电阻信号的变化具有可重复性、稳定性和精确性，可用作柔性应变传感器。
[0019]本专利技术由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0020]本专利技术的原料来源广泛，制备方法简单易行，产品性质稳定，所制备出的甜菜碱基导电水凝胶具有良好的柔韧性、保水性、抗冻性、粘附性、导电性以及自愈合性。
附图说明
[0021]图1是本专利技术实施例的水凝胶的粘附力强度曲线；
[0022]图2是本专利技术实施例的水凝胶的导电性能示意图；
[0023]图3是本专利技术实施例的水凝胶的RRC
‑
strain曲线；
[0024]图4是本专利技术实施例的水凝胶在冷冻状态下受到挤压时的RRC
‑
t曲线；
[0025]图5是本专利技术实施例的水凝胶于室温环境中的保水率；
[0026]图6是本专利技术实施例的水凝胶的自愈合示意图；
[0027]图7是本专利技术实施例的水凝胶的自愈合前后电学性能曲线；
[0028]图8是本专利技术实施例的水凝胶在柔性应变传感器领域的相关应用图片。图(a)是本专利技术的水凝胶随手腕弯曲循环时的RRC
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t曲线，图(b)是本专利技术的水凝胶随手指弯曲循环时的RRC
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t曲线，图(c)是本专利技术的水凝胶随手指不同角度弯曲循环时的RRC
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t曲线，图(d)是本专利技术的水凝胶在400％应变下循环拉伸时的RRC
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t曲线。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种甜菜碱基导电水凝胶的制备方法，其特征在于，先将丙烯酸、丙烯酰胺单体与甜菜碱、海藻酸钠溶液均匀共混，再加入N,N
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亚甲基双丙烯酰胺与过硫酸铵分别作为交联剂与引发剂，在加热环境中通过引发剂热引发单体与交联剂的无规则共聚，形成聚合物网络，利用聚合物网络与甜菜碱、海藻酸钠高分子链之间的多种相互作用，得到甜菜碱基导电水凝胶；具体方法包括以下步骤：(1)将海藻酸钠与水均匀混合，搅拌30
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60min，得到澄清的溶液；(2)将丙烯酸单体、丙烯酰胺单体、甜菜碱与水混合，超声10
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30min，得到均匀的混合液；(3)将步骤(2)所得到的混合液加入到步骤(1)所得溶液中，搅拌30
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120min，得到均匀的混合液二；(4)向步骤(3)所得到的混合液二中加入N,N
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亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸铵，分别在室温下搅拌30
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60min，得到水凝胶前驱液；(5)将步骤(4)所得水凝胶前驱液浇铸到硅胶模具中，再进行2
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3次脱气处理，除去前驱液中的气泡；(6)将...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘健，谢蒙蒙，徐秀凤，赵彦州，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：