本发明专利技术公开了一种兼具高导电率和良好力学性能的离子凝胶及其制备方法和应用，属于智能高分子材料领域。本发明专利技术的导电离子凝胶采用光固化树脂体系制备，其包括聚氨酯(甲基)丙烯酸酯5～40份，光固化单体5～40份，离子液体40～80份，小分子有机锂盐1～20份，光引发剂0.1～5份。本发明专利技术通过在离子凝胶光固化树脂体系中加入小分子有机锂盐可以同时提高固化后离子凝胶的导电率和力学性能。本发明专利技术的光固化树脂体系可以通过在模具中光固化或光固化3D打印制备具有良好的力学性能和导电率的离子凝胶。本发明专利技术制备的导电离子凝胶还可应用于柔性传感器，监测人体的各项运动。监测人体的各项运动。
【技术实现步骤摘要】
一种兼具高导电率和良好力学性能的离子凝胶及其制备方法与应用
[0001]本专利技术属于智能高分子材料领域，具体涉及一种兼具高导电率和良好力学性能的离子凝胶及其制备方法与应用。
技术介绍
[0002]柔性离子导电材料，如离子水凝胶、离子凝胶，在柔性可穿戴电子器件领域引起了广泛的关注。这类离子导电材料具有导电介质的连续性、高透明度、高拉伸性等优点，已经被广泛应用于传感器、超级电容器、锂离子电池及纳米摩擦发电机中。离子凝胶，一种分散于离子液体中的聚合物网络体系，具有低挥发性、阻燃性、耐温和化学稳定性好的特点，可以用于制备在极端环境下或长期监测使用的柔性传感器。由于水凝胶具有水分易挥发、使用温度范围窄等问题，离子凝胶也被认为是水凝胶的理想替代材料。但是，为了得到满足实际需要的导电率，需要加入大量的离子液体，这也导致了离子凝胶力学性能的大幅下降。因此，如何制备兼具高导电率和良好机械性能的离子凝胶仍然是一项巨大的挑战。
技术实现思路
[0003]本专利技术的目的是提供一种兼具高导电率和良好力学性能的离子凝胶及其制备方法和应用。本专利技术通过在离子凝胶光固化树脂体系中加入小分子有机锂盐可以同时提高固化后离子凝胶的导电率和力学性能。本专利技术中的导电离子凝胶采用光固化树脂体系经过在模具中光固化或通过光固化3D打印制备。本专利技术制备的导电离子凝胶可应用于柔性传感器，监测人体的各项运动。
[0004]本专利技术所提供的光固化树脂体系，其原料包括下述质量份数的组分：聚氨酯(甲基)丙烯酸酯5～40份，光固化单体5～40份，离子液体40～80份，小分子有机锂盐1～20份，光引发剂0.1～5份。
[0005]优选的，所述光固化树脂体系，其原料包括下述质量份数的组分：聚氨酯(甲基)丙烯酸酯5～20份，光固化单体5～20份，离子液体60～80份，小分子有机锂盐5～15份，光引发剂0.5～2份。
[0006]更优选的，所述光固化树脂体系，其原料包括下述质量份数的组分：聚氨酯(甲基)丙烯酸酯5～10份，光固化单体5～20份，离子液体60～70份，小分子有机锂盐5～10份，光引发剂0.5～2份。
[0007]本专利技术中，所述聚氨酯(甲基)丙烯酸酯，其先由二异氰酸酯与羟基封端的多元醇反应得到异氰酸酯基封端的预聚物，然后与含羟基的(甲基)丙烯酸酯反应制备得到聚氨酯(甲基)丙烯酸酯。
[0008]其中，所述二异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯、氢化苯基甲烷二异氰酸酯、异氟尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、苯基甲烷二异氰酸酯中的至少一种。
[0009]所述羟基封端的多元醇选自聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚烯烃多元醇中的至少一
种。
[0010]根据本专利技术的实施方案，所述聚醚多元醇选自聚乙二醇、聚丙二醇、聚四氢呋喃二醇中的至少一种。
[0011]根据本专利技术的实施方案，所述聚酯多元醇选自聚己内酯二醇，聚乳酸二醇、聚己二酸乙二醇酯二醇、聚己二酸丁二醇酯二醇中的至少一种。
[0012]根据本专利技术的实施方案，所述聚烯烃多元醇选自聚丁二烯二醇。
[0013]根据本专利技术的实施方案，所述羟基封端的多元醇数均分子量为1000～10000g/mol。
[0014]根据本专利技术的实施方案，所述的含羟基的(甲基)丙烯酸酯选自丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯中的至少一种。
[0015]所述聚氨酯(甲基)丙烯酸酯具体可按照包括如下步骤的方法制备得到：
[0016]S1：在催化剂存在下，使二异氰酸酯与羟基封端的多元醇、有机溶剂混合，发生逐步加成聚合反应得到异氰酸酯基封端的聚氨酯；
[0017]S2：将上述制备的异氰酸酯基封端的聚氨酯与含羟基的(甲基)丙烯酸酯反应，期间加入阻聚剂，得到聚氨酯(甲基)丙烯酸酯；
[0018]根据本专利技术的实施方案，所述的催化剂为叔胺类(如三乙烯二胺、双(二甲胺基乙基)醚)或有机金属类催化剂(如辛酸亚锡、月桂酸正丁基锡)；
[0019]根据本专利技术的实施方案，所述有机溶剂选自丙酮、四氢呋喃中的至少一种；
[0020]根据本专利技术的实施方案，所述阻聚剂选自对苯二酚、对甲氧基苯酚中的至少一种；
[0021]根据本专利技术的实施方案，所述步骤S1中，所述催化剂的用量为200～600ppm；所述缩聚反应的反应温度为50～100℃，反应时间1～12h；
[0022]根据本专利技术的实施方案，所述步骤S2中，所述阻聚剂的用量为50～1000ppm；所述反应的反应温度为50～100℃，反应时间1～12h；
[0023]所述二异氰酸酯、羟基封端的多元醇、含羟基的(甲基)丙烯酸酯的摩尔比为1：(0.65
‑
0.85)：(0.3
‑
0.7)。
[0024]本专利技术中，所述的光固化单体选自丙烯酸、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸异冰片酯、N
‑
丙烯酰吗啉、丙烯酸叔丁酯中的至少一种；
[0025]本专利技术中，所述的离子液体阳离子选自1
‑
烷基
‑3‑
甲基咪唑离子，阴离子选自三氟甲烷磺酸离子、双(三氟甲烷磺酰)亚胺离子、六氟化磷离子、四氟化硼离子、四氰基硼离子的至少一种；
[0026]本专利技术中，所述的小分子有机锂盐选自双(三氟甲烷磺酰)亚胺锂，三氟甲烷磺酸锂、六氟化磷锂、四氟化硼锂、四氰基硼酸盐中的至少一种；
[0027]本专利技术中，所述的光引发剂选自(2,4,6
‑
三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦、苯基双(2,4,6
‑
三甲基苯甲酰基)氧化膦、(2,4,6
‑
三甲基苯甲酰基)膦酸乙酯、二苯甲酮、异丙基硫杂蒽酮、2，4
‑
二甲基硫杂蒽酮的至少一种。
[0028]根据本专利技术的一个实施方案，所述光固化树脂体系的原料中各组分的质量份数为：聚氨酯丙烯酸酯PUA
‑
1 8份、N
‑
丙烯酰吗啉16份、1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑双(三氟甲基磺酰基)亚胺盐70份、双(三氟甲基磺酰基)亚胺锂盐5份、苯基双(2,4,6
‑
三甲基苯甲酰基)氧化膦1份。
[0029]根据本专利技术的一个实施方案，所述光固化树脂体系的原料中各组分的质量份数为：聚氨酯丙烯酸酯PUA
‑
1 6.3份、N
‑
丙烯酰吗啉12.7份、1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑双(三氟甲基磺酰基)亚胺盐70份、双(三氟甲基磺酰基)亚胺锂盐10份、苯基双(2,4,6
‑
三甲基苯甲酰基)氧化膦1份。
[0030]根据本专利技术的一个实施方案，所述光固化树脂体系的原料中各组分的质量份数为：聚氨酯丙烯酸酯PUA
‑
1 8份、N
‑
丙烯酰吗啉16份、1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑双(三氟甲基磺本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于制备兼具高导电率和良好力学性能离子凝胶的光固化树脂体系，其特征在于，其原料包括下述质量份数的组分：聚氨酯(甲基)丙烯酸酯5～40份，光固化单体5～40份，离子液体40～80份，小分子有机锂盐1～20份，光引发剂0.1～5份。2.根据权利要求1所述的光固化树脂体系，其特征在于：所述聚氨酯(甲基)丙烯酸酯，其先由二异氰酸酯与羟基封端的多元醇反应得到异氰酸酯基封端的预聚物，然后与含羟基的(甲基)丙烯酸酯反应制备得到所述聚氨酯(甲基)丙烯酸酯；所述的光固化单体选自丙烯酸、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸异冰片酯、N
‑
丙烯酰吗啉、丙烯酸叔丁酯中的至少一种；所述的离子液体阳离子选自1
‑
烷基
‑3‑
甲基咪唑离子，阴离子选自双(三氟甲烷磺酰)亚胺离子、三氟甲烷磺酸离子、六氟化磷离子、四氟化硼离子、四氰基硼酸盐中的至少一种；所述的小分子有机锂盐选自双(三氟甲烷磺酰)亚胺锂，三氟甲烷磺酸锂、六氟化磷锂、四氟化硼锂、四氰基硼酸盐中的至少一种；所述的光引发剂选自(2,4,6
‑
三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦、苯基双(2,4,6
‑
三甲基苯甲酰基)氧化膦、(2,4,6
‑
三甲基苯甲酰基)膦酸乙酯、二苯甲酮、异丙基硫杂蒽酮、2，4
‑
二甲基硫杂蒽酮中的至少一种。3.根据权利要求2所述的光固化树脂体系，其特征在于：所述二异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯、氢化苯基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、苯基甲烷二异氰酸酯中的至少一种；所述羟基封端的多元醇选自聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚烯烃多元醇中的至少一种；所述含羟基的(甲基)丙烯酸酯选自丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯中的至少一种。4.根据权利要求3所述的光固化树脂体系，其特征在于：所述聚醚多元醇选自聚乙二醇、聚丙二醇、聚四氢呋喃二醇中的至少一种；所述聚酯多元醇选自聚己内酯二醇，聚乳...
【专利技术属性】
技术研发人员：于然，张曼雯，黄伟，何阳阳，赵晓娟，杨欣，张瑛，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：
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