CN110105595A - 一种低温耐受性离子导电水凝胶及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种低温耐受性离子导电水凝胶及其制备方法和应用，涉及复合材料技术领域。本发明包括以下步骤：将矿物、水和有机酸混合，得到有机酸包覆矿物溶液；将天然高分子化合物溶解后进行保温处理，得到预凝胶溶液；向所述预凝胶溶液中依次加入所述有机酸包覆矿物溶液、丙烯酰胺、过硫酸铵、N、N‑亚甲基双丙烯酰胺和四甲基乙二胺，然后进行保温处理，得到水凝胶前驱体溶液；将所述水凝胶前驱体溶液脱气后静置，得到水凝胶；将所述水凝胶在氯化钙溶液中进行浸泡处理，得到低温耐受性离子导电水凝胶。本发明不需要额外加入导电材料，制备的水凝胶具有低温抗冻性能，在‑80℃仍不冻结；并在低温下具有高机械性能和导电性能。

Description

一种低温耐受性离子导电水凝胶及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，特别涉及一种低温耐受性离子导电水凝胶及其制备方法和应用。
背景技术
水凝胶具有作为柔软材料的特殊结构，其由充满水的三维聚合物网络组成，许多应用依赖于其独特的结构和水传输功能。水凝胶因其良好的韧性，光学透明性和高导电性而成为可穿戴设备、柔性电极、伤口敷料的理想材料。目前许多水凝胶具有生物相容性，成为组织工程和药物输送系统的首选材料。水凝胶能够通过提高其拉伸性和韧性达到天然橡胶的水平，扩大了水凝胶的应用范围。水凝胶高度的机械性、光学透明性和导电性的结合促进了水凝胶领域中许多新应用的发展。
然而，水凝胶的结构组成会受到温度范围的限制，当温度降低到零度以下时水凝胶会结冰，水凝胶在低温条件下不可避免的会失去弹性和导电性。目前有机液体如丙烯或乙二醇已用于合成具有改进温度范围的混合有机水凝胶；然而，由于这些液体的毒性，会对环境和人们身体健康产生巨大的危害。同时，导电水凝胶需要额外加入导电材料，材料成本高。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种低温耐受性离子导电水凝胶及其制备方法和应用。本发明制备的水凝胶具有低温抗冻性能，在-80℃不冻结；并在低温下具有高机械性能和导电性能，且不需要额外加入导电材料。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种低温耐受性离子导电水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)将矿物、水和有机酸混合，得到有机酸包覆矿物溶液；
(2)将天然高分子化合物溶解后进行保温处理，得到预凝胶溶液；
(3)向所述预凝胶溶液中依次加入所述有机酸包覆矿物溶液、丙烯酰胺、过硫酸铵、N、N-亚甲基双丙烯酰胺和四甲基乙二胺，然后进行保温处理，得到水凝胶前驱体溶液；
(4)将所述水凝胶前驱体溶液脱气后静置，得到水凝胶；
(5)将所述水凝胶在氯化钙溶液中进行浸泡处理，得到低温耐受性离子导电水凝胶；
所述步骤(1)和步骤(2)没有时间先后顺序的限制。
优选地，所述步骤(1)中的矿物为滑石粉、蒙脱土和膨润土中的一种或几种；所述有机酸为柠檬酸、单宁酸和乳酸中的一种或几种；所述矿物、水和有机酸的用量比为0.2～0.5g：100～120mL：0.2～0.5g。
优选地，所述步骤(2)中的天然高分子化合物为琼脂、壳聚糖和海藻酸钠中的一种或几种；所述溶解用溶剂为水或醋酸；所述天然高分子化合物与溶剂的用量比为0.3～0.5g：8～15mL。
优选地，所述步骤(2)中保温处理的温度为40～60℃，时间为0.5～1h。
优选地，所述步骤(3)中的有机酸包覆矿物溶液与天然高分子化合物的用量比为0.2～0.5mL：0.3～0.5g；所述丙烯酰胺、过硫酸铵、N、N-亚甲基双丙烯酰胺、四甲基乙二胺与天然高分子化合物的用量比为1.0～3.0g：0.005～0.010g：0.010～0.020g：10～20μL：0.3～0.5g。
优选地，所述步骤(3)中保温处理的温度为40～60℃，时间为3～5h。
优选地，所述步骤(3)中加入丙烯酰胺后，还包括加入水；所述水与丙烯酰胺的用量比为10mL：1.0～3.0g。
优选地，所述步骤(4)中静置的温度为室温，时间为12～24h。
优选地，所述步骤(5)中氯化钙溶液的质量浓度为20％～30％，所述浸泡处理的时间为12h～24h。
本发明提供了以上方案所述制备方法制备的低温耐受性离子导电水凝胶，所述低温耐受性离子导电水凝胶在-80℃仍不冻结。
本发明提供了一种低温耐受性离子导电水凝胶的制备方法，包括以下步骤：(1)将矿物、水和有机酸混合，得到有机酸包覆矿物溶液；(2)将天然高分子化合物溶解后进行保温处理，得到预凝胶溶液；(3)向所述预凝胶溶液中依次加入所述有机酸包覆矿物溶液、丙烯酰胺、过硫酸铵、N、N-亚甲基双丙烯酰胺和四甲基乙二胺，然后进行保温处理，得到水凝胶前驱体溶液；(4)将所述水凝胶前驱体溶液脱气后静置，得到水凝胶；(5)将所述水凝胶在氯化钙溶液中进行浸泡处理，得到低温耐受性离子导电水凝胶。本发明通过丙烯酰胺化学交联制备水凝胶前驱体，有机酸包覆矿物分散到凝胶中可以增强水凝胶的机械性能同时能固定水分子，将水凝胶在氯化钙溶液中进行浸泡处理，可以利用氯化钙溶液的依数性降低水凝胶的冰点使其具有低温耐受性和导电性。本发明提供的制备方法不需要额外加入导电材料，制备的水凝胶具有低温抗冻性能，在-80℃仍不冻结；并在低温下具有高机械性能和导电性能。
本发明提供了一种低温耐受性离子导电水凝胶。本发明提供的水凝胶在-80℃仍不冻结，且在此低温下具有高机械性能和导电性能。本发明提供的水凝胶在低温领域具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为实施例1制备的水凝胶的SEM扫描电镜图，其中(a)和(b)分别为不同倍数下的SEM扫描电镜图；
图2为实施例1制备的水凝胶在-80℃放置24h后的实物图；
图3为实施例1制备的水凝胶在-80℃放置24h后导电测试的实物图；
图4为实施例1制备的水凝胶在-80℃放置24h后的机械性能图；
图5为实施例2制备的水凝胶在-80℃放置24h后的机械性能图；
图6为实施例3制备的水凝胶在-80℃放置24h后的机械性能图；
图7为实施例4制备的水凝胶在-80℃放置24h后的机械性能图；
图8为实施例5制备的水凝胶在-80℃放置24h后的机械性能图；
图9为实施例6制备的水凝胶在-80℃放置24h后的机械性能图；
图10为实施例7制备的水凝胶在-80℃放置24h后的机械性能图；
图11为实施例8制备的水凝胶在-80℃放置24h后的机械性能图。
具体实施方式
本发明提供了一种低温耐受性离子导电水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)将矿物、水和有机酸混合，得到有机酸包覆矿物溶液；
(2)将天然高分子化合物溶解后进行保温处理，得到预凝胶溶液；
(3)向所述预凝胶溶液中依次加入所述有机酸包覆矿物溶液、丙烯酰胺、过硫酸铵、N、N-亚甲基双丙烯酰胺和四甲基乙二胺，然后进行保温处理，得到水凝胶前驱体溶液；
(4)将所述水凝胶前驱体溶液脱气后静置，得到水凝胶；
(5)将所述水凝胶在氯化钙溶液中进行浸泡处理，得到低温耐受性离子导电水凝胶；
所述步骤(1)和步骤(2)没有时间先后顺序的限制。
本发明将矿物、水和有机酸混合，得到有机酸包覆矿物溶液。在本发明中，所述矿物优选为滑石粉、蒙脱土和膨润土中的一种或几种；所述有机酸优选为柠檬酸、单宁酸和乳酸中的一种或几种。在本发明中，所述矿物、水和有机酸的用量比优选为0.2～0.5g：100～120mL：0.2～0.5g，更优选为0.3g：100mL：0.3g。在本发明中，所述矿物、水和有机酸的加入顺序优选为：先将矿物溶于水中，然后再加入有机酸进行混合；所述混合的温度优选为室温；所述混合优选在搅拌条件下进行，所述搅拌的时间优选为6h。在本发明中，所述有机酸包覆矿物分散到凝胶中能够增强水凝胶的机械性能，同时可以固定水分子。
本发明将天然高分子化合物溶解后进行保温处理，得到预凝胶溶液。在本发明中，所述天然高分子化合物优选为琼脂、壳聚糖和海藻酸钠中的一种或几种；所述溶解用溶剂优选为水或醋酸；所述天然高分子化合物与溶剂的用量比优选为0.3～0.5g：8～15mL，更优选为0.4g：10mL。在本发明中，当所述天然高分子化合物为琼脂和海藻酸钠时，所述溶解用溶剂优选为水；当所述天然高分子化合物为壳聚糖时，所述溶解用溶剂优选为醋酸。在本发明中，所述天然高分子化合物溶解的方法优选为：将天然高分子化合物加入所述溶剂中，在25℃～35℃下搅拌3h，使天然高分子化合物充分溶解。所述天然高分子化合物在溶剂中充分溶解后，本发明对所得溶液进行保温处理。在本发明中，所述保温处理的温度优选为40～60℃，更优选为50℃，时间优选为0.5～1h，更优选为0.8h。经过所述保温处理，可以形成预凝胶溶液。
分别得到有机酸包覆矿物溶液和预凝胶溶液后，本发明向所述预凝胶溶液中依次加入所述有机酸包覆矿物溶液、丙烯酰胺、过硫酸铵、N、N-亚甲基双丙烯酰胺和四甲基乙二胺，然后进行保温处理，得到水凝胶前驱体溶液。在本发明中，所述有机酸包覆矿物溶液与天然高分子化合物的用量比优选为0.2～0.5mL：0.3～0.5g，更优选为0.3mL：0.3g。在本发明中，所述丙烯酰胺、过硫酸铵、N、N-亚甲基双丙烯酰胺、四甲基乙二胺与天然高分子化合物的用量比优选为1.0～3.0g：0.005～0.010g：0.010～0.020g：10～20μL：0.3～0.5g，更优选为2.0g：0.008g：0.015g：15μL：0.4g。在本发明中，为保证所述有机酸包覆矿物分散均匀，本发明优选在剧烈搅拌的条件下加入有机酸包覆矿物溶液；所述搅拌的转速优选为550～700r/min；所述有机酸包覆矿物溶液加入完毕后，本发明优选维持上述搅拌转速继续搅拌1h。加入所述有机酸包覆矿物溶液后，本发明向所得混合液中加入丙烯酰胺。在本发明中，为使丙烯酰胺充分溶解，在加入所述丙烯酰胺后，还优选加入水，所述水与丙烯酰胺的用量比优选为10mL：1.0～3.0g，更优选为10mL：2.0g。加入水后，本发明优选将所得溶液搅拌2h，然后依次向其中加入过硫酸铵、N、N-亚甲基双丙烯酰胺和四甲基乙二胺。本发明对所述过硫酸铵、N、N-亚甲基双丙烯酰胺和四甲基乙二胺的搅拌速度和时间没有特别的要求，能够保证混合均匀即可。
上述各组分加入完毕后，本发明对所得混合液进行保温处理；在本发明中，所述保温处理的温度优选为40～60℃，更优选为50℃，时间优选为3～5h，更优选为4h。在本发明中，所述过硫酸铵为引发剂，所述N、N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，所述四甲基乙二胺为加速剂。在本发明中，所述丙烯酰胺在过硫酸铵、N、N-亚甲基双丙烯酰胺和四甲基乙二胺的作用下进行化学交联，即本发明通过丙烯酰胺化学交联来制备水凝胶前驱体，可以增强水凝胶的机械性能。
得到水凝胶前驱体溶液后，本发明将所述水凝胶前驱体溶液脱气后静置，得到水凝胶。在本发明中，所述脱气的方法优选为：将所述水凝胶前驱体溶液超声后充氮气作保护气；本发明对所述超声和充氮气的方法没有特别的要求，采用本领域熟知的方法即可。在本发明中，所述静置的温度优选为室温，时间优选为12～24h，更优选为15～20h；本发明通过在室温下静置，使凝胶完全聚合，得到所述水凝胶。
得到水凝胶后，本发明将所述水凝胶在氯化钙溶液中进行浸泡处理，得到低温耐受性离子导电水凝胶。在本发明中，所述氯化钙溶液的质量浓度优选为20～30％，更优选为25％；所述浸泡处理的时间优选为12～24h，更优选为20h。本发明对所述氯化钙溶液的用量没有特别的要求，能够保证将所述水凝胶完全浸没即可。本发明将所述水凝胶在氯化钙溶液中进行浸泡处理，浸泡过程中，水凝胶中天然高分子化合物和氯化钙进行交联置换。本发明利用氯化钙溶液的依数性降低水凝胶的冰点使其具有低温耐受性和导电性；并且通过氯化钙溶液以离子导电的形式来实现水凝胶的导电性能，不需额外加入导电材料。
本发明提供了以上技术方案所述制备方法制备的低温耐受性离子导电水凝胶，所述低温耐受性离子导电水凝胶在-80℃仍不冻结，且在此低温下具有高机械性能和导电性能。
本发明提供了以上方案所述低温耐受性离子导电水凝胶在低温领域的应用。本发明提供的低温耐受性离子导电水凝胶在-80℃仍不冻结，且在此低温下具有高机械性能和导电性能，因而在低温领域具有广泛的应用前景，如极地探险，登山、滑雪、低温传感器等。
下面结合实施例对本发明提供的低温耐受性离子导电水凝胶及其制备方法和应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
称取0.2g滑石粉溶于100mL去离子水中，然后加0.2g柠檬酸，室温搅拌6h，得到均匀的柠檬酸包覆滑石粉溶液待用。
将0.3g壳聚糖溶解在10mL醋酸中，在25℃下搅拌3h，然后在60℃下保温0.5h，得到均匀的溶液，取0.4mL制备好的柠檬酸包覆滑石粉在剧烈搅拌下加入上述溶液中持续搅拌1h，然后将1.0g丙烯酰胺加入到上述溶液中加10mL去离子水搅拌2h。分别将0.005g过硫酸铵，0.010g N、N-亚甲基双丙烯酰胺和20μL四甲基乙二胺加入上述溶液中，随后将样品在60℃下保温4h，得到水凝胶前驱体溶液。将制备的水凝胶前驱体溶液脱气并倒入小圆底烧杯中，样品在室温下放置12h以完成聚合。将所得水凝胶完全浸入氯化钙溶液中24h，得到低温耐受性离子导电水凝胶。
制备得到的水凝胶的SEM扫描电镜图如图1所示，从图1中可以看出有机酸包覆矿物分布均匀，从而可以增强凝胶的机械性能。
将制备得到的水凝胶在-80℃放置24h，水凝胶不冻结，仍具有很好的弹性，其实物图如图2所示；对此水凝胶进行导电测试，显示水凝胶仍具有导电性能，导电测试的实物图如图3所示。
将制备得到的水凝胶在-80℃放置24h后立即采用万能材料试验机对其进行机械性能测试，所得机械性能图如图4所示，从图4可以看出，水凝胶长度拉伸1.0倍，抗压能力为0.1MPa。
实施例2
称取0.25g滑石粉溶于100mL去离子水中，然后加0.25g单宁酸，室温搅拌6h，得到均匀的单宁酸包覆滑石粉溶液待用。
将0.3g海藻酸钠溶解在10mL去离子水中，在25℃下搅拌3h，然后在60℃下保温0.5h，得到均匀的溶液，取0.2mL制备好的单宁酸包覆滑石粉在剧烈搅拌下加入上述溶液中持续搅拌1h。然后将1.0g丙烯酰胺加入到上述溶液中，加10mL去离子水搅拌2h，分别将0.005g过硫酸铵，0.010g N、N-亚甲基双丙烯酰胺和20μL四甲基乙二胺加入上述溶液中，随后样品在60℃下保温4h，得到水凝胶前驱体溶液。将制备的水凝胶前驱体溶液脱气并倒入小圆底烧杯中，将样品在室温下放置12h以完成聚合。将所得水凝胶完全浸入氯化钙溶液中24h，得到低温耐受性离子导电水凝胶。
将制备得到的水凝胶在-80℃放置24h，水凝胶不冻结，仍具有很好的弹性；对此水凝胶进行导电测试，显示水凝胶仍具有导电性能。
将制备得到的水凝胶在-80℃放置24h后立即采用万能材料试验机对其进行机械性能测试，所得机械性能图如图5所示，从图5可以看出，水凝胶长度拉伸2.25倍，抗压能力为0.55MPa。
实施例3
称取0.3g滑石粉溶于120mL去离子水中，然后加0.3g乳酸，室温搅拌6h，得到均匀的乳酸包覆滑石粉溶液待用。
将0.3g琼脂溶解在10mL去离子水中，在25℃下搅拌3h，然后在60℃下保温0.5h，得到均匀的溶液，取0.3mL制备好的乳酸包覆滑石粉在剧烈搅拌下加入上述溶液中持续搅拌1h，然后将1.0g丙烯酰胺加入到上述溶液中，加10mL去离子水搅拌2h，分别将0.005g过硫酸铵，0.010g N、N-亚甲基双丙烯酰胺和20μL四甲基乙二胺加入上述溶液中，随后将样品在60℃下保温4h，得到水凝胶前驱体溶液。将制备的水凝胶前驱体溶液脱气并倒入小圆底烧杯中，将样品在室温下放置12h以完成聚合。将所得水凝胶完全浸入氯化钙溶液中24h，得到低温耐受性离子导电水凝胶。
将制备得到的水凝胶在-80℃放置24h，水凝胶不冻结，仍具有很好的弹性；对此水凝胶进行导电测试，显示水凝胶仍具有导电性能。
将制备得到的水凝胶在-80℃放置24h后立即采用万能材料试验机对其进行机械性能测试，所得机械性能图如图6所示，从图6可以看出，水凝胶长度拉伸0.65倍，抗压能力为0.02MPa。
实施例4
称取0.35g膨润土溶于120mL去离子水中，然后加0.35g柠檬酸，室温搅拌6h，得到均匀的柠檬酸包覆膨润土溶液待用。
将0.4g壳聚糖溶解在10mL醋酸中，在25℃下搅拌3h，然后在60℃下保温0.5h，得到均匀的溶液，取0.4mL制备好的柠檬酸包覆膨润土在剧烈搅拌下加入上述溶液中持续搅拌1h，然后将2.0g丙烯酰胺加入到上述溶液中，加10mL去离子水搅拌2h，分别将0.008g过硫酸铵，0.015g N、N-亚甲基双丙烯酰胺和20μL四甲基乙二胺加入上述溶液中，随后将样品在60℃下保温4h，得到水凝胶前驱体溶液。将制备的水凝胶前驱体溶液脱气并倒入小圆底烧杯中，将样品在室温下放置12h以完成聚合。将所得水凝胶完全浸入氯化钙溶液中24h，得到低温耐受性离子导电水凝胶。
将制备得到的水凝胶在-80℃放置24h，水凝胶不冻结，仍具有很好的弹性；对此水凝胶进行导电测试，显示水凝胶仍具有导电性能。
将制备得到的水凝胶在-80℃放置24h后立即采用万能材料试验机对其进行机械性能测试，所得机械性能图如图7所示，从图7可以看出，水凝胶长度拉伸0.75倍，抗压能力为0.17MPa。
实施例5
称取0.4g膨润土溶于120mL去离子水中，然后加0.4g单宁酸，室温搅拌6h，得到均匀的单宁酸包覆膨润土溶液待用。
将0.4g海藻酸钠溶解在10mL去离子水中，在25℃下搅拌3h，然后在60℃下保温0.5h，得到均匀的溶液，取0.5mL制备好的单宁酸包覆膨润土在剧烈搅拌下加入上述溶液中持续搅拌1h，然后将2.0g丙烯酰胺加入到上述溶液中，加10mL去离子水搅拌2h。分别将0.008g过硫酸铵，0.015g N、N-亚甲基双丙烯酰胺和20μL四甲基乙二胺加入上述溶液中，随后将样品在60℃下保温4h，得到水凝胶前驱体溶液。将制备的水凝胶前驱体溶液脱气并倒入小圆底烧杯中，将样品在室温下放置12h以完成聚合。将所得水凝胶完全浸入氯化钙溶液中24h，得到低温耐受性离子导电水凝胶。
将制备得到的水凝胶在-80℃放置24h，水凝胶不冻结，仍具有很好的弹性；对此水凝胶进行导电测试，显示水凝胶仍具有导电性能。
将制备得到的水凝胶在-80℃放置24h后立即采用万能材料试验机对其进行机械性能测试，所得机械性能图如图8所示，从图8可以看出，水凝胶长度拉伸1.6倍，抗压能力为0.55MPa。
实施例6
称取0.45g蒙脱土溶于100mL去离子水中，然后加0.45g乳酸，室温搅拌6h，得到均匀的乳酸包覆蒙脱土溶液待用。
将0.4g琼脂溶解在10mL去离子水中，在25℃下搅拌3h，然后在60℃下保温0.5h，得到均匀的溶液，取0.5mL制备好的乳酸包覆蒙脱土在剧烈搅拌下加入上述溶液中持续搅拌1h，然后将2.0g丙烯酰胺加入到上述溶液中，加10mL去离子水搅拌2h，分别将0.008g过硫酸铵，0.015g N、N-亚甲基双丙烯酰胺和20μL四甲基乙二胺加入上述溶液中，随后将样品在60℃下保温4h，得到水凝胶前驱体溶液。将制备的水凝胶前驱体溶液脱气并倒入小圆底烧杯中，将样品在室温下放置12h以完成聚合。将所得水凝胶完全浸入氯化钙溶液中24h，得到低温耐受性离子导电水凝胶。
将制备得到的水凝胶在-80℃放置24h，水凝胶不冻结，仍具有很好的弹性；对此水凝胶进行导电测试，显示水凝胶仍具有导电性能。
将制备得到的水凝胶在-80℃放置24h后立即采用万能材料试验机对其进行机械性能测试，所得机械性能图如图9所示，从图9可以看出，水凝胶长度拉伸1.3倍，抗压能力为0.35MPa。
实施例7
称取0.5g蒙脱土溶于100mL去离子水中，然后加0.5g柠檬酸，室温搅拌6h，得到均匀的柠檬酸包覆蒙脱土溶液待用。
将0.5g壳聚糖溶解在10mL醋酸中，在25℃下搅拌3h，然后在60℃下保温0.5h，得到均匀的溶液，取0.3mL制备好的柠檬酸包覆蒙脱土在剧烈搅拌下加入上述溶液中持续搅拌1h，然后将3.0g丙烯酰胺加入到上述溶液中，加10mL去离子水搅拌2h，分别将0.010g过硫酸铵，0.020gN、N-亚甲基双丙烯酰胺和20μL四甲基乙二胺加入上述溶液中，随后将样品在60℃下保温4h，得到水凝胶前驱体溶液。将制备的水凝胶前驱体溶液液脱气并倒入小圆底烧杯中，将样品在室温下放置12h以完成聚合。将所得水凝胶完全浸入氯化钙溶液中24h，得到低温耐受性离子导电水凝胶。
将制备得到的水凝胶在-80℃放置24h，水凝胶不冻结，仍具有很好的弹性；对此水凝胶进行导电测试，显示水凝胶仍具有导电性能。
将制备得到的水凝胶在-80℃放置24h后立即采用万能材料试验机对其进行机械性能测试，所得机械性能图如图10所示，从图10可以看出，水凝胶长度拉伸1.4倍，抗压能力为0.25MPa。
实施例8
称取0.5g蒙脱土溶于120mL去离子水中，然后加0.5g单宁酸，室温搅拌6h，得到均匀的单宁酸酸包覆蒙脱土溶液待用。
首先，将0.5g海藻酸钠溶解在10mL去离子水中，在25℃下搅拌3h，然后在60℃下保温0.5h，得到均匀的溶液，取0.25mL制备好的单宁酸包覆蒙脱土在剧烈搅拌下加入上述溶液中持续搅拌1h，然后将3.0g丙烯酰胺加入到上述溶液中，加10mL去离子水搅拌2h，分别将0.010g过硫酸铵，0.020g N、N-亚甲基双丙烯酰胺和20μL四甲基乙二胺加入上述溶液中，随后将样品在60℃下保温4h，得到水凝胶前驱体溶液。将制备的水凝胶前驱体溶液脱气并倒入小圆底烧杯中，将样品在室温下放置12h以完成聚合。将所得水凝胶完全浸入氯化钙溶液中24h，得到低温耐受性离子导电水凝胶。
将制备得到的水凝胶在-80℃放置24h，水凝胶不冻结，仍具有很好的弹性；对此水凝胶进行导电测试，显示水凝胶仍具有导电性能。
将制备得到的水凝胶在-80℃放置24h后立即采用万能材料试验机对其进行机械性能测试，所得机械性能图如图11所示，从图11可以看出，水凝胶长度拉伸1.4倍，抗压能力为0.35MPa。
从以上实施例可以看出，本发明制备的低温耐受性离子导电水凝胶在-80℃不冻结，且在此低温下具有高机械性能和导电性能。
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)

1.一种低温耐受性离子导电水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将矿物、水和有机酸混合，得到有机酸包覆矿物溶液；
(2)将天然高分子化合物溶解后进行保温处理，得到预凝胶溶液；
(3)向所述预凝胶溶液中依次加入所述有机酸包覆矿物溶液、丙烯酰胺、过硫酸铵、N、N-亚甲基双丙烯酰胺和四甲基乙二胺，然后进行保温处理，得到水凝胶前驱体溶液；
(4)将所述水凝胶前驱体溶液脱气后静置，得到水凝胶；
(5)将所述水凝胶在氯化钙溶液中进行浸泡处理，得到低温耐受性离子导电水凝胶；
所述步骤(1)和步骤(2)没有时间先后顺序的限制。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的矿物为滑石粉、蒙脱土和膨润土中的一种或几种；所述有机酸为柠檬酸、单宁酸和乳酸中的一种或几种；所述矿物、水和有机酸的用量比为0.2～0.5g：100～120mL：0.2～0.5g。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的天然高分子化合物为琼脂、壳聚糖和海藻酸钠中的一种或几种；所述溶解用溶剂为水或醋酸；所述天然高分子化合物与溶剂的用量比为0.3～0.5g：8～15mL；所述保温处理的温度为40～60℃，时间为0.5～1h。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中的有机酸包覆矿物溶液与天然高分子化合物的用量比为0.2～0.5mL：0.3～0.5g；所述丙烯酰胺、过硫酸铵、N、N-亚甲基双丙烯酰胺、四甲基乙二胺与天然高分子化合物的用量比为1.0～3.0g：0.005～0.010g：0.010～0.020g：10～20μL：0.3～0.5g。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中保温处理的温度为40～60℃，时间为3～5h。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中加入丙烯酰胺后，还包括加入水；所述水与丙烯酰胺的用量比为10mL：1.0～3.0g。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中静置的温度为室温，时间为12～24h。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中氯化钙溶液的质量浓度为20％～30％，所述浸泡处理的时间为12h～24h。
9.权利要求1～8任意一项所述制备方法制备的低温耐受性离子导电水凝胶，其特征在于，所述低温耐受性离子导电水凝胶在-80℃仍不冻结。
10.权利要求9所述的低温耐受性离子导电水凝胶在低温领域的应用。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110551299A (zh) * 2019-10-23 2019-12-10 广东工业大学 一种自粘附性聚丙烯酰胺复合水凝胶及其制备方法与应用
CN112126085A (zh) * 2020-09-29 2020-12-25 西安工程大学 一种抗低温仿生导电水凝胶及其制备方法和应用
CN112300408A (zh) * 2020-10-26 2021-02-02 广州大学 一种柔性高拉伸的温敏、湿敏水凝胶及其制备方法与应用
CN113201153A (zh) * 2021-05-10 2021-08-03 海南大学 一种超弹性耐热抗冻复合水凝胶及其制备方法
CN113851739A (zh) * 2021-10-25 2021-12-28 长春工业大学 一种抗冻锌基电池用凝胶电解质的制备及应用
CN115028767A (zh) * 2021-03-03 2022-09-09 中国科学院理化技术研究所 一种氧化石墨烯/聚合物复合抗冻水凝胶的制备方法和应用

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103396562A (zh) * 2013-07-09 2013-11-20 西安交通大学 一种基于海藻酸钠-聚丙烯酰胺水凝胶的制备方法
CN109134762A (zh) * 2018-09-13 2019-01-04 长春工业大学 一种高强度，抗冻，可导电的壳聚糖/丙烯酰胺双网络水凝胶及其制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103396562A (zh) * 2013-07-09 2013-11-20 西安交通大学 一种基于海藻酸钠-聚丙烯酰胺水凝胶的制备方法
CN109134762A (zh) * 2018-09-13 2019-01-04 长春工业大学 一种高强度，抗冻，可导电的壳聚糖/丙烯酰胺双网络水凝胶及其制备方法

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110551299A (zh) * 2019-10-23 2019-12-10 广东工业大学 一种自粘附性聚丙烯酰胺复合水凝胶及其制备方法与应用
CN112126085A (zh) * 2020-09-29 2020-12-25 西安工程大学 一种抗低温仿生导电水凝胶及其制备方法和应用
CN112126085B (zh) * 2020-09-29 2023-01-13 西安工程大学 一种抗低温仿生导电水凝胶及其制备方法和应用
CN112300408A (zh) * 2020-10-26 2021-02-02 广州大学 一种柔性高拉伸的温敏、湿敏水凝胶及其制备方法与应用
CN115028767A (zh) * 2021-03-03 2022-09-09 中国科学院理化技术研究所 一种氧化石墨烯/聚合物复合抗冻水凝胶的制备方法和应用
CN115028767B (zh) * 2021-03-03 2023-11-28 中国科学院理化技术研究所 一种氧化石墨烯/聚合物复合抗冻水凝胶的制备方法和应用
CN113201153A (zh) * 2021-05-10 2021-08-03 海南大学 一种超弹性耐热抗冻复合水凝胶及其制备方法
CN113201153B (zh) * 2021-05-10 2022-05-31 海南大学 一种超弹性耐热抗冻复合水凝胶及其制备方法
CN113851739A (zh) * 2021-10-25 2021-12-28 长春工业大学 一种抗冻锌基电池用凝胶电解质的制备及应用
CN113851739B (zh) * 2021-10-25 2023-09-29 长春工业大学 一种抗冻锌基电池用凝胶电解质的制备及应用

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