CN109334173A - 一种保水凝胶材料及其制备方法 - Google Patents

一种保水凝胶材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109334173A
CN109334173A CN201811208695.7A CN201811208695A CN109334173A CN 109334173 A CN109334173 A CN 109334173A CN 201811208695 A CN201811208695 A CN 201811208695A CN 109334173 A CN109334173 A CN 109334173A
Authority
CN
China
Prior art keywords
water
layer
water conservation
conservation layer
conductive layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201811208695.7A
Other languages
English (en)
Inventor
李秋荣
王淑雪
冯双将
迟宏进
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yanshan University
Original Assignee
Yanshan University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yanshan University filed Critical Yanshan University
Priority to CN201811208695.7A priority Critical patent/CN109334173A/zh
Publication of CN109334173A publication Critical patent/CN109334173A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B25/00—Layered products comprising a layer of natural or synthetic rubber
    • B32B25/20—Layered products comprising a layer of natural or synthetic rubber comprising silicone rubber
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B25/00—Layered products comprising a layer of natural or synthetic rubber
    • B32B25/04—Layered products comprising a layer of natural or synthetic rubber comprising rubber as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • B32B25/042—Layered products comprising a layer of natural or synthetic rubber comprising rubber as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material of natural rubber or synthetic rubber
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F220/00—Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical or a salt, anhydride ester, amide, imide or nitrile thereof
    • C08F220/02—Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms; Derivatives thereof
    • C08F220/04—Acids; Metal salts or ammonium salts thereof
    • C08F220/06—Acrylic acid; Methacrylic acid; Metal salts or ammonium salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
    • C08J3/02—Making solutions, dispersions, lattices or gels by other methods than by solution, emulsion or suspension polymerisation techniques
    • C08J3/03—Making solutions, dispersions, lattices or gels by other methods than by solution, emulsion or suspension polymerisation techniques in aqueous media
    • C08J3/075—Macromolecular gels
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2333/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical, or of salts, anhydrides, esters, amides, imides, or nitriles thereof; Derivatives of such polymers
    • C08J2333/02—Homopolymers or copolymers of acids; Metal or ammonium salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2405/00—Characterised by the use of polysaccharides or of their derivatives not provided for in groups C08J2401/00 or C08J2403/00
    • C08J2405/12—Agar-agar; Derivatives thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2429/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by an alcohol, ether, aldehydo, ketonic, acetal, or ketal radical; Hydrolysed polymers of esters of unsaturated alcohols with saturated carboxylic acids; Derivatives of such polymer
    • C08J2429/02—Homopolymers or copolymers of unsaturated alcohols
    • C08J2429/04—Polyvinyl alcohol; Partially hydrolysed homopolymers or copolymers of esters of unsaturated alcohols with saturated carboxylic acids

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

本发明提供了一种保水凝胶材料，属于凝胶材料技术领域。本发明所述凝胶材料依次包括第一保水层、导电层和第二保水层，所述第一保水层和第二包水层为聚硅氧烷弹性体；所述导电层由琼脂、聚乙烯醇、丙烯酸、过硫酸盐、N,N‑亚甲基双丙烯酰胺、无机金属盐和水制备得到。本发明提供的保水凝胶材料中导电层原料中丙烯酸在交联剂(N,N‑亚甲基双丙烯酰胺)的作用下发生聚合反应生成三维网络结构的聚丙烯酸，琼脂、聚乙烯醇和聚丙烯酸以及金属离子发生配位络合反应。导电层的三维网络结构、游离的H+和金属离子使得水凝胶材料具备压力敏感性能、自修复性能和导电性能，两侧的保水层防止凝胶材料的水分流失。

Description

一种保水凝胶材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及凝胶材料技术领域，尤其涉及一种保水凝胶材料及其制备方法。
背景技术
近年来，水凝胶由于其良好的柔软性，灵敏性，生物兼容性及渗透性而在传感器，组织工程支架和药物载体等方面备受关注。因为水凝胶的柔软性，生物相容性和高拉伸性与人体皮肤相似，所以可以作为电子皮肤的首选原材料。皮肤作为人体的器官具有柔软，坚韧，免疫，可自我修复的特点，并且能够感受到细微的环境差异，如微小的温度变化，这刺激了关于人造皮肤材料的许多研究，尤其是电子皮肤和软性可穿戴传感器。这些装置可以将外部刺激(如压力，温度，湿度或扭曲变形)转换为可检测的电子信号(电流，电阻或电容)，因此可用于人工智能、软机器人等领域。
人体皮肤具有两个方面的屏障作用：一是防止体内水分、电解质和其他物质的丢失；二是阻止外界有害物质的侵入。由于人体皮肤是机械特性、感官特性和免疫特性的独特组合，在模仿人类皮肤方面仍然存在严峻挑战。为了充分模仿皮肤的感觉和感觉特性，开发具有良好拉伸性、压力敏感和抗菌的材料十分重要。目前，可伸展智能皮肤主要有三种：(1)屈曲柔性电子装置，(2)图案化不连续的刚性组件，(3)开发本征可拉伸材料。但是，为了仿生和医学用途，材料柔软和/或可拉伸的不够充分。柔软的人造皮肤需要在实际应用中机械柔顺和耐用，即可塑性变形以完全匹配弯曲和动态表面，并自主自愈，以“感知”伤口并快速修复自身。Suo和他的同事开发了“离子皮肤”的概念，依靠通过水凝胶或离子凝胶的离子转导，这大大扩展了人造皮肤的可设计性，这些皮肤融合了基于水凝胶的传感器的独特优势，如生物相容性和高拉伸性。
典型的基于化学交联聚丙烯酰胺(PAAm)水凝胶或离子凝胶的离子型皮肤具有良好拉伸性，塑性变形性、自主自愈能力和压力敏感性。离子皮肤虽具有压力敏感性，但是基于水凝胶的离子皮肤的水分容易流失，这就导致了离子皮肤的导电性能和敏感性能下降。
发明内容
有鉴于此，本发明目的在于提供一种保水凝胶材料及其制备方法，本发明提供的保水凝胶材料具有高灵敏的压力敏感性能，同时能够保持离子皮肤中的水分不流失。
本发明提供了一种保水凝胶材料，依次包括层叠设置的第一保水层、导电层和第二保水层；
所述第一保水层和第二保水层为聚硅氧烷弹性体；
所述导电层的制备原料包括琼脂、聚乙烯醇、丙烯酸、过硫酸盐、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、无机金属盐和水，所述脂、聚乙烯醇、丙烯酸、过硫酸盐、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、无机金属盐和水的质量比为(0.3～0.6)：(1.0～1.6)：(3.0～6.0)：(0.01～0.06)：(0.01～0.05)：(0.3～0.5)：(0.75～0.80)。
优选地，所述聚硅氧烷弹性体为聚甲基苯基硅氧烷、聚醚聚硅氧烷或聚二甲基硅氧烷。
优选地，所述无机金属盐为铁盐、锌盐、铝盐和钙盐中的一种或几种。
优选地，所述第一保水层和第二保水层的厚度独立地为1～2mm，所述导电层的厚度为3～5mm。
本发明还提供了上述保水凝胶材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将聚硅氧烷和固化剂混合后注入磨具中固化，得到聚硅氧烷弹性体层；
2)将所述步骤1)得到的聚硅氧烷弹性层依次进行第一甲醇洗涤、水洗、乙醇溶液浸泡、第二甲醇洗涤和氮气干燥，得到第一保水层；
3)将所述琼脂、聚乙烯醇、水、丙烯酸、过硫酸盐、N,N-亚甲基双丙烯酰胺和无机金属盐混合后注入所述步骤2)中的第一保水层表面进行聚合和配位络合反应，在第一保水层表面形成导电层；所述聚合和配位络合反应的温度为60～90℃，时间为6～10h；
4)重复步骤1)和步骤2)得到第二保水层，将所得第二保水层敷在导电层表面，得到保水凝胶前驱体；
5)将所述步骤4)得到的保水凝胶前驱体依次进行冷却、冷冻-解冻循环处理，得到保水凝胶材料。
优选地，所述步骤1)中固化的温度为50～70℃，固化的时间为2～5h。
优选地，所述步骤2)中乙醇溶液浸泡的质量浓度为10％。
优选地，所述步骤5)中的冷却后的温度为2～5℃，冷却后保温的时间为1～5h。
优选地，所述步骤5)中冷冻的温度为-15～-20℃。，冷冻的时间为5～10h。
优选地，所述步骤5)中冷冻-解冻循环处理的次数为2～4次。
有益技术效果：本发明提供了一种保水凝胶材料，依次包括第一保水层、导电层和第二保水层，所述第一保水层和第二保水层为聚硅氧烷弹性体；所述导电层由琼脂、聚乙烯醇、丙烯酸、过硫酸盐、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、无机金属盐和水制备得到。本发明提供的保水凝胶材料中导电层原料中丙烯酸在交联剂(N,N-亚甲基双丙烯酰胺)的作用下发生聚合反应生成三维网络结构的聚丙烯酸，琼脂、聚乙烯醇和聚丙烯酸以及无机金属盐中的金属离子发生配位络合反应。导电层的三维网络结构、游离的H+和金属离子使得水凝胶材料具备压力敏感性能、自修复性能和导电性能，两侧的保水层防止凝胶材料的水分流失。
附图说明
图1为实施例1中保水水凝胶材料和单独的导电层失水率随时间的变化图；
图2为实施例2得到的保水凝胶材料的拉伸敏感性测试图；
图3为实施例3得到的保水凝胶材料的压缩敏感性测试图；
图4为对实施例4得到的保水凝胶材料进行手指弯曲敏感性测试图；
图5为对实施例5得到的保水凝胶材料进行手背的宏观微运动敏感性测试图；
图6为对实施例6得到的保水凝胶材料进行喉部呼吸的敏感性测试图谱；
图7为对实施例1得到的保水凝胶材料进行腹部深呼吸的敏感性测试图谱；
图8为对实施例1得到的保水凝胶材料进行脉搏脉冲敏感性测试图谱；
图9为将实施例1得到的保水凝胶材料贴到测试喉咙上对测试者发出不同短语的敏感性测试图。
具体实施方式
本发明提供了一种保水凝胶材料，依次包括层叠设置的第一保水层、导电层和第二保水层；
所述第一保水层和第二保水层为聚硅氧烷弹性体；
所述导电层的制备原料包括琼脂、聚乙烯醇、丙烯酸、过硫酸盐、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、无机金属盐和水，所述脂、聚乙烯醇、丙烯酸、过硫酸盐、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、无机金属盐和水的质量比为(0.3～0.6)：(1.0～1.6)：(3.0～6.0)：(0.01～0.06)：(0.01～0.05)：(0.3～0.5)：(0.75～0.80)。
本发明所述保水凝胶材料包括第一保水层和第二保水层，所述第一保水层和第二保水层为聚硅氧烷弹性体。在本发明中，所述聚硅氧烷弹性体优选为聚甲基苯基硅氧烷、聚醚聚硅氧烷或聚二甲基硅氧烷。在本发明中，所述第一保水层和第二保水层的厚度独立地优选为1～2mm。
本发明所述保水凝胶材料包括导电层。在本发明种，所述导电层的制备原料包括琼脂、聚乙烯醇、丙烯酸、过硫酸盐、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、无机金属盐和水，所述脂、聚乙烯醇、丙烯酸、过硫酸盐、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、无机金属盐和水的质量比为(0.3～0.6)：(1.0～1.6)：(3.0～6.0)：(0.01～0.06)：(0.01～0.05)：(0.3～0.5)：(0.75～0.80)，优选为(0.4～0.5)：(1.2～1.4)：(4～5):(0.03～0.0:4)：(0.4～0.45)：(0.76～0.78)。
在本发明中，所述过硫酸盐优选为过硫酸铵，过硫酸钾和过硫酸钠中的一种或几种，更优选为硫酸铵和/或过硫酸钾。
在本发明中，所述无机金属盐优选为铁盐、锌盐、铝盐和钙盐中的一种或几种。在本发明中，所述铁盐优选为硝酸铁、氯化铁和氢氧化三铁中的一种或几种，更优选为硝酸铁和/或氯化铁；所述锌盐优选为硝酸锌和/或氯化锌，更优选为氯化锌；所述铝盐优选为硝酸铝、氯化铝、氢氧化铝和硅酸铝中的一种或多种，更优选为氯化铝、氢氧化铝和硅酸铝中的一种或几种；所述钙盐优选为碳酸钙、磷酸钙、硝酸钙和氯化钙中的一种或几种，更优选为碳酸钙、磷酸钙和氯化钙中的一种或几种。在本发明中，所述无机金属盐为两种或两种以上的混合物时，本发明对所述混合物中各无机盐的配比没有特殊限定，以任意比例混合即可。
在本发明中，所述导电层的厚度为3～5mm。
本发明还提供了上述保水凝胶材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将聚硅氧烷和固化剂混合后注入磨具中固化，得到聚硅氧烷弹性体层；
2)将所述步骤1)得到的聚硅氧烷弹性层依次甲醇洗涤、水洗、乙醇溶液浸泡、甲醇洗涤和氮气干燥，得到第一保水层；
3)将琼脂、聚乙烯醇、水、丙烯酸、过硫酸盐、N,N-亚甲基双丙烯酰胺和无机金属盐混合后注入所述步骤2)中的第一保水层表面进行聚合和配位络合反应，在第一保水层表面形成导电层；所述聚合和配位络合反应的温度为60～90℃，时间为6～10h；
4)重复步骤1)和步骤2)得到第二保水层，将所得第二保水层敷在导电层表面，得到保水凝胶前驱体；
5)将所述步骤4)得到的保水凝胶前驱体依次进行冷却、冷冻-解冻循环处理，得到保水凝胶材料。
本发明将聚硅氧烷和固化剂混合后注入磨具中固化，得到聚硅氧烷弹性体层。
在本发明中，所述固化剂优选为乙烯基三胺、二氨基环己烷、乙二胺、二乙烯三胺，更优选为乙烯基三胺、二氨基环己烷、二乙烯三胺；所述固化剂的用量优选为聚硅氧烷质量的5～15％，更优选为6～10％。
在本发明中，所述固化的温度优选为50～70℃，更优选为55～60℃。在本发明中，所述固化优选为固化至聚硅氧烷的含水率为45～60％。
本发明对干燥的方法没有特殊限定，选用本领域技术人员熟知的干燥方法即可。
得到聚硅氧烷弹性层后，本发明将得到的聚硅氧烷弹性层依次进行第一甲醇洗涤、水洗、乙醇溶液浸泡、第二甲醇洗涤和氮气干燥，得到第一保水层。本发明通过第一甲醇洗涤、水洗、乙醇溶液浸泡和第二甲醇洗涤将附在弹性体表面的固化剂清除干净。
本发明对第一甲醇洗涤和第二甲醇洗涤的方法没有特殊限定，选用本领域技术人员熟知的方法即可。
在本发明中，所述水洗优选为用去离子水进行洗涤。本发明对水洗的具体方法没有特殊限定，选用本领域技术人员熟知的水洗方法即可。
在本发明中，所述乙醇溶液的质量浓度优选为10％。在本发明中，所述乙醇溶液浸泡的时间优选为2～5h，更优选为3～4h。
在本发明中，所述氮气干燥为在氮气氛围下干燥，所述干燥的温度优选为20～25℃，更优选为22～24℃。本发明优选氮气干燥至所述第二甲醇洗涤后的聚硅氧烷弹性体的含水率为0。
得到第一保水层后，本发明将琼脂、聚乙烯醇、水、丙烯酸、过硫酸盐、N,N-亚甲基双丙烯酰胺和无机金属盐混合后注入所述第一保水层表面在60～90℃下恒温6～10h，在保水层表面形成导电层。
在本发明中，所述琼脂、聚乙烯醇、水、丙烯酸、过硫酸盐、N,N-亚甲基双丙烯酰胺和无机金属盐混合的方法具体为：先将琼脂、聚乙烯醇和95℃的水混合，得到第一混合溶液；将得到的第一混合溶液与丙烯酸混合，得到第二混合液；将得到的第二混合氮气脱氧后与过硫酸盐、N,N-亚甲基双丙烯酰胺和无机金属盐混合。
本发明将琼脂、聚乙烯醇和95℃的水混合，得到第一混合溶液。本发明对所述混合的方法没有特殊限定，选用本领域技术人员熟知的混合方法即可。本发明使用95℃的水将琼脂和聚乙烯醇溶解。
得到第一混合液后，本发明将得到的第一混合溶液与丙烯酸混合，得到第二混合液。本发明对所述混合的方法没有特殊限定，选用本领域技术人员熟知的混合方法即可。
得到第二混合液后，本发明将得到的第二混合氮气脱氧后与过硫酸盐、N,N-亚甲基双丙烯酰胺和无机金属盐混合。在本发明中，所述氮气脱氧的时间优选为5～15min，更优选为10min。本发明对所述混合的方法没有特殊限定，选用本领域技术人员熟知的方法即可。
在本发明中，所述聚合和配位络合反应的温度为60～90℃，更优选为70～80℃；所述聚合和配位络合反应的时间为6～10h，更优选为7～8h。
在本发明中，所述丙烯酸在交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺的作用下发生聚合反应生成聚丙烯酸，聚丙烯酸、琼脂、聚乙烯醇和聚丙烯酸和无机金属盐中的金属离子发生配位络合反应。
得到导电层后，本发明按第一保水层制备方法制备得到第二保水层，将所得第二保水层敷在导电层表面，得到保水凝胶前驱体。
得到保水凝胶前驱体后，本发明将得到的保水凝胶前驱体依次进行冷却、冷冻-解冻循环处理，得到保水凝胶。
在本发明中，所述冷却后的温度优选为2～5℃，更优选为3℃；所述冷却后保温的时间优选为1～5h，更优选为3h。本发明通过冷却促进保水凝胶前驱体凝聚成凝胶。
在本法中，所述冷冻的温度优选为-15～-20℃，更优选为-18℃；所述冷冻的时间优选为5～10h，更优选为8h。
本发明对解冻的方法没有特殊限定，选用本领域技术人员熟知的解冻方法即可。
在本发明中，所述冷冻-解冻循环的次数优选为2～4次。本发明通过循环冷冻-解冻使导电层与保水层之间的氢键结合的更加牢固。
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
1)首先取3mL的聚甲基苯基硅氧烷和0.3mL乙烯基三胺混合后，注入培养皿中，在60℃下烘至半干，得到聚甲基苯基硅氧烷弹性体层；
2)用甲醇和去离子水彻底清洁弹性体表面，然后在室温下将弹性体充分浸泡在BP溶液(10wt％的乙醇溶液)中2分钟。之后，弹性体用甲醇洗涤三次，并用氮气完全干燥，得到第一保水层。
3)将0.3g的琼脂和1.0g的聚乙烯醇溶于95℃的20mL去离子水中，然后将3g的丙烯酸加入到反应混合物中，在混合物中通入氮气脱氧10min，加入0.01g的过硫酸铵、0.03g的N,N-亚甲基双丙烯酰胺、0.30g的铁盐，将所得溶液注入装有弹性体的模具中，保持在60℃，恒温6h，在第一保水层表面形成导电层。
4)重复步骤1)和步骤2)得到第二保水层，将其敷在导电层表面，得到保水凝胶材料前驱体。
5)将所得保水凝胶材料前驱体冷却至2℃，恒温1h。然后，将样品冷冻在-15℃，恒温2h，取出样品室温下解冻5h，重复冷冻-解冻过程2次，然后从模具取出混合物，得到保水凝胶材料。
对实施例1制备得到的保水凝胶材料和单独的导电层进行保水测试，图1是保水凝胶材料和单独的导电层失水率随时间的变化图，由图1可知，与单独的导电层的失水率比较，保水水凝胶的失水率比较低，表明保水凝胶的保水层对保水性能起了决定性作用。
实施例2
1)首先取3mL的聚醚聚硅氧烷和0.3mL二氨基环己烷混合后，注入培养皿中，在60℃下烘至半干固化，得到聚醚聚硅氧烷弹性体。
2)用甲醇和去离子水彻底清洁弹性体表面，然后在室温下将弹性体充分浸泡在BP溶液(10wt％的乙醇溶液)中2分钟。之后，弹性体用甲醇洗涤三次，并用氮气完全干燥，得到第一保水层。
3)将0.4g的琼脂和1.1g的聚乙烯醇溶于95℃的21mL去离子水中，然后将3g的丙烯酸加入到反应混合物中，在混合物中通入氮气脱氧10min，加入0.02g的过硫酸钾、0.01g的N,N-亚甲基双丙烯酰胺、0.40g的铝盐，将所得溶液注入装有弹性体的培养皿中，保持在65℃，恒温8h，在第一保水层表面形成导电层。
4)重复步骤1)和2)，得到第二保水层，将其敷在导电层表面，得到保水凝胶前驱体。
5)将所得混合物冷却至3℃，恒温5h。然后，将样品冷冻在-16℃，恒温3h，取出样品室温下解冻6h，重复冷冻/解冻过程2次，然后从培养皿中取出混合物，得到保水凝胶材料。
对实施例2制备的保水凝胶材料进行拉伸敏感测试，结果如图2所示，由图2可知保水凝胶材料的电阻随着拉伸长度的增加而增加，当保水凝胶材料拉伸到一定长度时，电阻立即上升并没有迅速下降，没有延迟，从而验证了超快反应能力。
实施例3
1)取4mL的聚二甲基硅氧烷和04mL的二乙烯三胺混合后，注入培养皿中，在60℃下烘至半干固化，得到聚二甲基硅氧烷弹性体。
2)用甲醇和去离子水彻底清洁弹性体表面，然后在室温下将弹性体充分浸泡在BP溶液(10重量％的乙醇溶液)中2分钟。之后，弹性体用甲醇洗涤三次，并用氮气完全干燥，得到第一保水层。
3)将0.5g的琼脂和1.2g的聚乙烯醇溶于95℃的22mL去离子水中，然后将4g的丙烯酸加入到反应混合物中，在混合物中通入氮气脱氧10min，加入0.03g的过硫酸铵、0.03g的N,N-亚甲基双丙烯酰胺、0.50g的钙盐，将所得溶液注入装有弹性体的培养皿中，保持在70℃，恒温8h，在保水层表面形成导电层。
4)重复步骤1)和步骤2)得到第二保水层，然后将其敷在导电层上，得到保水凝胶材料前驱体。
5)将所保水凝胶前驱体冷却至4℃，恒温3h。然后，将样品冷冻在-17℃，恒温3h，取出样品室温下解冻7h，重复冷冻/解冻过程3次，然后从培养皿中取出混合物，得到保水凝胶材料。
对实施例3制备的保水凝胶材料进行压缩敏感测试，其结果如图3所示，保水凝胶材料的相对电阻随着拉伸长度的增加而增加。当保水凝胶材料被压缩时，其相对电阻会立即降低，而不会出现迟滞现象，表现出异常的敏感性。
实施例4
1)取4mL的聚甲基苯基硅氧烷和0.4mL乙烯基三胺混合后，注入培养皿中，在60℃下烘至半干固化，得到聚甲基苯基硅氧烷弹性体。
2)用甲醇和去离子水彻底清洁弹性体表面，然后在室温下将弹性体充分浸泡在BP溶液(10重量％的乙醇溶液)中2分钟。之后，弹性体用甲醇洗涤三次，并用氮气完全干燥，得到第一保水层。
3)将0.5g的琼脂和1.2g的聚乙烯醇溶于95℃的23mL去离子水中，然后将4g的丙烯酸加入到反应混合物中，在混合物中通入氮气脱氧10min，加入0.04g的过硫酸钾、0.04g的N,N-亚甲基双丙烯酰胺、0.30g的锌盐，将将所得溶液注入装有弹性体的培养皿中，保持在75℃，恒温9h，在保水层表面形成导电层。
4)重复步骤1)和步骤2)，得到第二保水层，将其敷在导电层表面，得到保水凝胶材料前驱体。
5)将所得前驱体冷却至5℃，恒温5h。然后，将样品冷冻在-18℃，恒温4h，取出样品室温下解冻8h，重复冷冻/解冻过程3次，然后从培养皿中出，得到保水凝胶材料。
对实施例4中制备的保水凝胶材料进行手指弯曲敏感测试。将保水凝胶材料贴在食指上，用于监测手指关节的运动。如图4所示，当曲率的食指在逐步增加从0°～90°弯曲，保水凝胶材料的电阻迅速上升到对应的值。当从90°弯曲的手指减少到0°，保水凝胶材料的电阻下降到初始值。更重要的是,水凝胶传感器可以重复捕捉到手指逐渐弯曲到90°的微小动作变化。
实施例5
1)首先取5mL的聚醚聚硅氧烷和0.5mL的二氨基环己烷混合后，注入培养皿中，在60℃下烘至半干，得到聚醚聚硅氧烷弹性体。
2)用甲醇和去离子水彻底清洁弹性体表面，然后在室温下将弹性体充分浸泡在BP溶液(10重量％的乙醇溶液)中2分钟。之后，弹性体用甲醇洗涤三次，并用氮气完全干燥，得到第一保水层。
3)将0.5g的琼脂和1.3g的聚乙烯醇溶于95℃的24mL去离子水中，然后将5g的丙烯酸加入到反应混合物中，在混合物中通入氮气脱氧10min，加入0.05g的过硫酸铵、0.04g的N,N-亚甲基双丙烯酰胺、0.40g的钙盐，将将所得溶液注入装有弹性体的培养皿中，保持在80℃，恒温10h，在保水层表面形成导电层
4)重复步骤1)和2)得到第二保水层，将其敷在导电层表面，得到保水凝胶材料前驱体。
5)将所得前驱体冷却至5℃，恒温5h。然后，将样品冷冻在-19℃，恒温5h，取出样品室温下解冻9h，重复冷冻/解冻过程4次，然后从培养皿中取出混合物，得到保水凝胶材料。
为了检测保水凝胶材料的灵敏度，将实施例5中制备好的保水凝胶材料贴在手背上，用于检测手背的宏观微运动。其结果如图5所示，由图5可知，将手指从0°到45°逐渐弯曲，保水凝胶材料的电阻迅速上升；之后的手背伸直，保水凝胶材料的阻力迅速下降到接近初始值。因为手背的肌肉群在弯曲时表现出不同的运动状态，导致手背的应力分布不同，弯曲时水凝胶的阻力突然上升。
实施例6
1)取6mL的聚二甲基硅氧烷和0.6mL的二氨基环己烷混合后，注入培养皿中，在60℃下烘至半干，得到聚二甲基硅氧烷弹性体。
2)用甲醇和去离子水彻底清洁弹性体表面，然后在室温下将弹性体充分浸泡在BP溶液(10重量％的乙醇溶液)中2分钟。之后，弹性体用甲醇洗涤三次，并用氮气完全干燥，得到第一保水层。
3)将0.6g的琼脂和1.4g的聚乙烯醇溶于95℃的25mL去离子水中，然后将6g的丙烯酸加入到反应混合物中，在混合物中通入氮气脱氧10min，加入0.05g的过硫酸钾、0.04g的N,N-亚甲基双丙烯酰胺、0.50g的锌盐，将所得溶液注入装有弹性体的培养皿中，保持在85℃，恒温10h，在保水层表面形成导电层。
4)重复步骤1和步骤2)得到第二保水层，将其敷在到不完全固化的水凝胶上，得到保水凝胶材料前驱体。
5)将所得前驱体冷却至5℃，恒温4h。然后，将样品冷冻在-20℃，恒温5h，取出样品室温下解冻10h，重复冷冻/解冻过程4次，然后从培养皿中取出混合物，得到保水凝胶材料。
将实施例6制备的保水凝胶材料附着在人体喉部，检测人体正常呼吸和快速呼吸。从图6中可以看出，不同呼吸方式引起的保水凝胶材料的变化也是不同的，但都有稳定的变化范围。此外，快速呼吸时阻力变化的峰值比正常呼吸时阻力变化的峰值要大得多。
将实施例1中得到的保水凝胶材料进行腹部深呼吸的敏感测试。从图7可以看出，阻力的变化曲线随着呼吸节奏的变化而变化，深呼吸过程的响应可以稳定的重复，证明保水凝胶材料有敏感记忆性。
将实施例1中得到的保水凝胶材料附着在志愿者手臂的中臂上，检测脉搏。可以清楚地从图8中看到，电阻曲线随脉冲脉动变化而变化证明其具有良好的敏感性。
将实施例1中得到的保水凝胶材料贴在志愿者喉咙处的皮肤上。如图9所示，当志愿者说出不同的单词和短语时，如“Hello”、“Yanshan University”、“I love you”和“Sorry”，会显示不同的信号模式，证明其具有良好的敏感性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种保水凝胶材料，依次包括层叠设置的第一保水层、导电层和第二保水层；
所述第一保水层和第二保水层为聚硅氧烷弹性体；
所述导电层的制备原料包括琼脂、聚乙烯醇、丙烯酸、过硫酸盐、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、无机金属盐和水，所述脂、聚乙烯醇、丙烯酸、过硫酸盐、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、无机金属盐和水的质量比为(0.3～0.6)：(1.0～1.6)：(3.0～6.0)：(0.01～0.06)：(0.01～0.05)：(0.3～0.5)：(0.75～0.8)。
2.根据权利要求1所述的保水凝胶材料，其特征在于，所述聚硅氧烷弹性体为聚甲基苯基硅氧烷、聚醚聚硅氧烷或聚二甲基硅氧烷。
3.根据权利要求1所述的保水凝胶材料，其特征在于，所述无机金属盐为铁盐、锌盐、铝盐和钙盐中的一种或几种。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的保水凝胶材料，其特征在于，所述第一保水层和第二保水层的的厚度独立地为1～2mm，所述导电层的厚度为3～5mm。
5.权利要求1～4任意一项所述的保水凝胶材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将聚硅氧烷和固化剂混合后注入磨具中固化，得到聚硅氧烷弹性体层；
2)将所述步骤1)得到的聚硅氧烷弹性层依次进行第一甲醇洗涤、水洗、乙醇溶液浸泡、第二甲醇洗涤和氮气干燥，得到第一保水层；
3)将琼脂、聚乙烯醇、水、丙烯酸、过硫酸盐、N,N-亚甲基双丙烯酰胺和无机金属盐混合后注入所述步骤2)中的第一保水层表面进行聚合和配位络合反应，在第一保水层表面形成导电层；所述聚合和配位络合反应的温度为60～90℃，时间为6～10h；
4)重复步骤1)和步骤2)得到第二保水层，将所得第二保水层敷在导电层表面，得到保水凝胶前驱体；
5)将所述步骤4)得到的保水凝胶前驱体依次进行冷却、冷冻-解冻循环处理，得到保水凝胶材料。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中固化的温度为50～70℃，所述固化的时间为2～5h。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中乙醇溶液的质量浓度为10％。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤5)中的冷却后的温度为2～5℃，冷却后保温的时间为1～5h。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤5)中冷冻的温度为-15～-20℃，冷冻的时间为5～10h。
10.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤5)中冷冻-解冻循环处理的次数为2～4次。
CN201811208695.7A 2018-10-17 2018-10-17 一种保水凝胶材料及其制备方法 Pending CN109334173A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811208695.7A CN109334173A (zh) 2018-10-17 2018-10-17 一种保水凝胶材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811208695.7A CN109334173A (zh) 2018-10-17 2018-10-17 一种保水凝胶材料及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109334173A true CN109334173A (zh) 2019-02-15

Family

ID=65309099

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811208695.7A Pending CN109334173A (zh) 2018-10-17 2018-10-17 一种保水凝胶材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109334173A (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110105590A (zh) * 2019-04-30 2019-08-09 南京林业大学 基于羧甲基纤维素/氯化锂-聚丙烯酰胺水凝胶的柔性应变传感器的制备方法及其应用
CN110452395A (zh) * 2019-08-21 2019-11-15 四川轻化工大学 一种韧性抗静电双网络硅水凝胶及其制备方法
CN113372577A (zh) * 2021-06-01 2021-09-10 河南农业大学 一种改性生物炭复合水凝胶、制备方法及其应用
CN114103281A (zh) * 2021-11-24 2022-03-01 四川中烟工业有限责任公司 一种保湿的三层材料及其制备方法
CN114103320A (zh) * 2021-11-24 2022-03-01 四川中烟工业有限责任公司 一种保湿三层材料对雪茄烟微环境湿度调控方面的用途

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107903406A (zh) * 2017-09-14 2018-04-13 刘志勇 一种高强度自修复三网络水凝胶的制备方法
CN107941386A (zh) * 2018-01-09 2018-04-20 安徽医科大学 基于透明生物材料的柔性力触觉传感器、敏感元件及其制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107903406A (zh) * 2017-09-14 2018-04-13 刘志勇 一种高强度自修复三网络水凝胶的制备方法
CN107941386A (zh) * 2018-01-09 2018-04-20 安徽医科大学 基于透明生物材料的柔性力触觉传感器、敏感元件及其制备方法

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110105590A (zh) * 2019-04-30 2019-08-09 南京林业大学 基于羧甲基纤维素/氯化锂-聚丙烯酰胺水凝胶的柔性应变传感器的制备方法及其应用
CN110105590B (zh) * 2019-04-30 2021-09-24 南京林业大学 基于羧甲基纤维素/氯化锂-聚丙烯酰胺水凝胶的柔性应变传感器的制备方法及其应用
CN110452395A (zh) * 2019-08-21 2019-11-15 四川轻化工大学 一种韧性抗静电双网络硅水凝胶及其制备方法
CN110452395B (zh) * 2019-08-21 2022-03-25 四川轻化工大学 一种韧性抗静电双网络硅水凝胶及其制备方法
CN113372577A (zh) * 2021-06-01 2021-09-10 河南农业大学 一种改性生物炭复合水凝胶、制备方法及其应用
CN113372577B (zh) * 2021-06-01 2024-01-26 河南农业大学 一种改性生物炭复合水凝胶、制备方法及其应用
CN114103281A (zh) * 2021-11-24 2022-03-01 四川中烟工业有限责任公司 一种保湿的三层材料及其制备方法
CN114103320A (zh) * 2021-11-24 2022-03-01 四川中烟工业有限责任公司 一种保湿三层材料对雪茄烟微环境湿度调控方面的用途
CN114103281B (zh) * 2021-11-24 2024-01-19 四川中烟工业有限责任公司 一种保湿的三层材料及其制备方法
CN114103320B (zh) * 2021-11-24 2024-01-19 四川中烟工业有限责任公司 一种保湿三层材料对雪茄烟微环境湿度调控方面的用途

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109334173A (zh) 一种保水凝胶材料及其制备方法
Zucca et al. Roll to roll processing of ultraconformable conducting polymer nanosheets
Yu et al. Highly stretchable, transparent and conductive double-network ionic hydrogels for strain and pressure sensors with ultrahigh sensitivity
Liu et al. Underwater flexible mechanoreceptors constructed by anti-swelling self-healable hydrogel
Zhang et al. Rapid water-responsive shape memory films for smart resistive bending sensors
Ke et al. Collagen-based breathable, humidity-ultrastable and degradable on-skin device
CN111533928A (zh) 一种具有高强度、高灵敏度的聚乙烯醇离子导电水凝胶制备方法
CN110591002A (zh) 一种多功能壳聚糖复合水凝胶及其制备方法和用途
CN110372885A (zh) 一种壳聚糖/两性离子与丙烯酸共聚物双网络自愈合水凝胶及其制备方法
CN114621497B (zh) 用于柔性应变传感器的梯度大孔导电复合水凝胶的制备方法
Zou et al. Ultra-strong adhesive, self-healing and electroactive bio-based hydrogels for the on-demand fabrication of sandwich-inspired smart electronic sensing floors
CN109180962A (zh) 一种paa类果胶自愈合水凝胶及其电容式传感器的制备方法
CN106999712A (zh) 电刺激装置
Li et al. Multifunctional ionic conductive hydrogels based on gelatin and 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid as strain sensors
Alipour et al. Smart multi-stimuli responsive single-and bilayer hydrogels with combined shape memory and actuating properties for self-healable circuits and sensors
Zhao et al. Bioinspired wet-resistant organogel for highly sensitive mechanical perception
CN111053925A (zh) 一种导电水凝胶及基于其的运动康复传感器制作方法
JP2001299713A (ja) 電 極
CN117106204A (zh) 一种高强度耐冻导电凝胶及其制备与应用
JP3437124B2 (ja) 導電性高分子ゲルならびにそれを用いたゲルパッドおよび生体用電極
CN114573840B (zh) 单宁酸还原氧化石墨烯导电水凝胶及其制备方法
CN108680190B (zh) 利用溶菌酶焊接的自支撑银薄膜制备的柔性电子传感器及制备方法
CN114573748B (zh) 水下黏附抗溶胀水凝胶及柔性应变传感器
CN108559022A (zh) 丙烯酰胺透明导电凝胶的制备方法
CN114133594A (zh) 丝素蛋白基粘附性抗冻导电水凝胶及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190215