【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及的是高分子，具体为一种基于二维聚合物的插层聚合改性方法及制得聚合物凝胶材料与应用。
技术介绍
1、二维材料具备很多优秀的特性：独特的电子性质使得其具备高载流电子迁移率及量子限域效应；大的比表面积使得其具备更强的吸附和催化性能；易加工使得其适用于柔性电子器件及弹性材料领域。二维材料被认为在传感设备、质子交换膜、能量存储等方面有巨大的应用前景。在聚合物科学领域，二维聚合物的合成与应用也是一个方兴未艾且极具挑战性的前沿方向。二维聚合物是一种平面片状大分子，通常是具有均一的原子或分子厚度的单层结构，各结构单元之间通过共价键在平面内相互连接。二位聚合物的通常可以分成三类：通过单体分子结晶形成二维晶体并进行聚合反应形成的合成二维聚合物、利用多价金属离子或多官能团有机分子作为节点构筑的二维有机框架材料以及通过有机单体分子自组装形成二维聚集体并聚合形成的二维聚合物。
2、研究发现，具有适当几何构型和非共价相互作用的两亲性分子可以在水溶液中自组装成形状规整的超分子二维结构，通过聚合反应生成二维聚合物后，使得二维结构更加稳定。然而这种化合物制备材料时表现出机械强度低、稳定性差等缺陷。这可能来源于这种二维材料内部缺乏用于耗散外力的柔性链段以及仅有的氢键作用力对材料的增强而言过于单薄导致。
3、聚合物改性主要有两种路径——聚合物共混改性或者离子诱导交联增强。聚合物共混改性是采用化学或物理的方法将两种或多种聚合物混合到一起，成为一种多组分的聚合物，起到改善原有聚合物性能的改性方法。例如在jian z w,julong
4、离子诱导交联是指通过正负离子之间的电荷吸引力来连接高分子链的方法。在水凝胶的制备过程中，通过正负离子的数量和排列，可以形成不同类型的离子交联结构，从而改善水凝胶的力学性能。例如在ji d,park j m,oh m s,et al.superstrong,superstiff,and conductive alginate hydrogels[j].nature communications,2022,13(1):3019.一文中作者通过钙离子交联重组制备水凝胶，将海藻酸钠盐(alg)溶解于蒸馏水中，并与硫酸钙浆液(caso4)混合，得到2wt/vol(％)的alg混合物。ca-alg预凝胶的各向异性干燥/收缩和ca2+溶液中的交联/再水化，进一步提高了水凝胶的力学性能，以及高导电性达2.2ms/cm。
5、根据现有技术可知，同种类的聚合物在混合过程中，由于存在不同的结构和功能团，会产生各种相互作用力，如范德华力、静电作用力、氢键作用力等。这些相互作用力可以在分子层面上改变聚合物链的结构，从而改变聚合物凝胶材料的性能。在以往的研究中，直接共混peg、pei等聚合物改善二维聚合物的力学性能往往由于添加聚合物与二维聚合物之间的作用力太强导致直接凝胶，难以制备出混合均匀的样品。例如在yu x,wang x,zhangz,et al.high-performance fully bio-based poly(lactic acid)/polyamide11(pla/pa11)blends by reactive blending with multi-functionalized epoxy[j].polymertesting,2019,78:105980.一文中相容性差的聚左旋乳酸与尼龙11(pla/pa11)聚合物共混材料。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题在于如何提高二维聚合物的力学性能。
2、本专利技术通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：
3、本专利技术第一方面提供了一种基于二维聚合物的插层聚合改性方法，包括以下步骤：
4、(1)将含有氢键的二维聚合物加入去离子水中，并加入烯类单体进行搅拌得到均一透明溶液；
5、(2)向上述溶液中加入氧化还原引发剂或光引发剂，在氮气氛围下聚合得到聚合物凝胶材料。
6、有益效果：本专利技术将含有氢键的二维聚合物与烯类单体先混合均匀后进行聚合，解决了二维聚合物直接与聚合物共混，二维聚合物作用力太强，共混不均相会导致得到的材料有缺陷；本专利技术在二维聚合物中引入烯类单体进行聚合，相当于在二维聚合物中引入线型聚合物，从而形成二维和线型互穿的网络的聚合物，有效改善聚合物凝胶材料的强度和韧性问题。
7、优选的，所述烯类单体结构通式如下：
8、
9、r1＝h或oh或cooh或so3h或po4h；r2＝r5＝rr8＝h或ch3，r3＝(ch2)n；r4＝h或oh或cooh或so3h或po4h或nh2或nhch3或n(ch3)2或c6h6；r6＝h或ch3或(ch2)nch3或ch(ch3)2或(ch2)noh；r7＝h或ch3或(ch2)nch3或ch(ch3)2或(ch2)noh；n≥1。
10、优选的，所述烯类单体含有氨基或胺基。
11、有益效果：由于二维聚合物表面的氢键作用，分子柔性减弱、刚性增大，缺乏用以耗散外力的柔性链段，加入烯类单体聚合后引入了柔性链段，氨基或胺基与二维片层表面的羧基产生离子键作用，促进它们互相靠近，增加了聚合物层间交联密度，有利于对水分子的保持，提高了聚合物凝胶材料的保水性能。
12、优选的，所述二维聚合物与烯类单体质量比为5:5-10。
13、优选的，所述搅拌时间为1-2h；搅拌温度为30℃。
14、优选的，所述氧化还原引发剂为过硫酸钾和五水合硫代硫酸钠。
15、优选的，所述光引发剂为2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯。
16、优选的，所述光引发剂添加量为烯类单体的2wt％。
17、本专利技术第二方面提供了上述基于二维聚合物的插层聚合改性方法制得聚合物凝胶材料。
18、有益效果：本专利技术的聚合物凝胶材料在强度、韧性都得到改善，同时提高了力学性能。改性方法简单、周期短、材料易得，有效简化聚合物凝胶材料的制备步骤，有望大规模制备和应用。
19、本专利技术第三方面提供了上述聚合物凝胶材料在水凝胶中的应用。
20、本专利技术的优点在于：
21、本专利技术将含有氢键的二维聚合物与烯类单体本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于二维聚合物的插层聚合改性方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的改性方法，其特征在于，所述烯类单体的结构通式如下：
3.根据权利要求2所述的改性方法，其特征在于，所述烯类单体含有氨基或胺基。
4.根据权利要求1所述的改性方法，其特征在于，所述二维聚合物与烯类单体质量比为5:5-10。
5.根据权利要求1所述的改性方法，其特征在于，所述搅拌时间为1-2h；搅拌温度为30℃。
6.根据权利要求1所述的改性方法，其特征在于，所述氧化还原引发剂为过硫酸钾和五水合硫代硫酸钠。
7.根据权利要求1所述的改性方法，其特征在于，所述光引发剂为2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯。
8.根据权利要求7所述的改性方法，其特征在于，所述光引发剂添加量为烯类单体的2wt％。
9.如权利要求1-8任一项所述的基于二维聚合物的插层聚合改性方法制得聚合物凝胶材料。
10.如权利要求9所述的聚合物凝胶材料在水凝胶中的应用。
【技术特征摘要】
1.一种基于二维聚合物的插层聚合改性方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的改性方法，其特征在于，所述烯类单体的结构通式如下：
3.根据权利要求2所述的改性方法，其特征在于，所述烯类单体含有氨基或胺基。
4.根据权利要求1所述的改性方法，其特征在于，所述二维聚合物与烯类单体质量比为5:5-10。
5.根据权利要求1所述的改性方法，其特征在于，所述搅拌时间为1-2h；搅拌温度为30℃。
6.根...
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