CN110452395A

CN110452395A - 一种韧性抗静电双网络硅水凝胶及其制备方法

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Publication number: CN110452395A
Application number: CN201910775152.1A
Authority: CN
Inventors: 高晨; 杨倩玉; 钟家春; 郑晓翼; 赵星宇; 张雪梅; 夏益青; 邹智挥; 白兰涵; 附怡清; 杨婷
Original assignee: Sichuan University of Science and Engineering
Current assignee: Sichuan University of Science and Engineering
Priority date: 2019-08-21
Filing date: 2019-08-21
Publication date: 2019-11-15
Anticipated expiration: 2039-08-21
Also published as: CN110452395B

Abstract

本发明公开了一种韧性抗静电双网络硅水凝胶及其制备方法，所述双网络结构由第一高分子网络和第二高分子网络相互穿插形成，所述第一高分子网络为烯类单体通过自由基加成聚合形成碳链聚合物，然后通过化学交联或疏水缔合作用形成的交联网络；所述第二高分子网络为含硅单体通过缩合聚合形成含硅聚合物，然后通过氢键作用形成的交联网络。本发明将烯类单体和硅单体共同溶解于同一体系，采用不同的聚合机理可实现一步成型，无需经过第一网络干燥、再次溶胀等过程，制备方法简单，耗费时间短，生产效率高，成本低，获得的双网络硅水凝胶兼具有优异的韧性、抗疲劳性能、自恢复性能及抗静电性能，有利于产业化，扩大其应用范围。

Description

一种韧性抗静电双网络硅水凝胶及其制备方法

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种韧性抗静电双网络硅水凝胶及其制备方法。

背景技术

水凝胶是一种由水溶胀的高分子网络形成的材料。其高分子网络可以通过物理交联或者化学交联的方式形成。水凝胶含水量高，且可以保持固定的形状，在水和有机溶剂中不会溶解。水凝胶在生物医学、环境保护、智能电子器件等领域有着广泛的应用。然而，传统的水凝胶力学机械性能较差，成为限制其进入实际应用的重要瓶颈。

近年来，众多研究者们通过设计水凝胶的结构，致力于提升水凝胶的力学机械性能。如龚剑萍教授提出的双网络水凝胶(Advanced Materials.2003,15(14),1155-1158)，两个不同的高分子网络互相穿插，协同耗散能量，在提升水凝胶机械性能方面有着出人意料的效果。发明专利CN201310408122.X公开了一种高强度纳米复合高分子双网络水凝胶及其制备方法，该纳米复合高分子双网络水凝胶的制备步骤如下：先将第一网络单体、交联剂和引发剂溶解于含纳米粒子水分散液中，将得到的混合溶液倒入模具中加热聚合，得到第一网络水凝胶。将第二网络单体、交联剂和引发剂溶解于水中，再将第一网络水凝胶放入该溶液中，溶胀24小时，然后加热聚合，得到高强度纳米复合高分子双网络水凝胶。但上述方法均由两个通过化学交联形成的高分子网络互穿而成，虽然具有力学机械性能优异的特点，但拉伸回复性能差，缺乏抗疲劳性能与自愈合性能，在很大程度上缩短了水凝胶的使用寿命。随着水凝胶的发展，通过物理交联作用制备的双网络水凝胶跃入人们的眼帘，因物理交联作用具备可逆再构建的特性，在被破坏后能够重新建立，如发明专利CN201410529821.4公开了一种高强度双网络纳米二氧化硅复合水凝胶的制备方法，该方法中海藻酸钠与Ca²⁺进行离子交联形成水凝胶的第一网络，丙烯酰胺与N,N’-亚甲基双丙烯酰胺聚合交联形成水凝胶的第二网络，海藻酸钠的第一网络与丙烯酰胺的第二网络直接通过海藻酸钠长链上的羧基与聚丙烯酰胺上的氨基所形成的酰胺基团进行交联，使用氢键交联和离子交联的方法制备了一个高韧性双网络水凝胶，拉伸强度为0.285MPa，断裂伸长率为2137％。但上述方法采用两步法制备，涉及第一网络的合成，干燥，重新溶胀引进第二网络单体，二次聚合等步骤，制备过程复杂，耗费时间较长，采用溶胀法引进第二网络的单体，不仅需要过量的第二单体，造成原料的浪费，而且因为溶胀过程无法精确控制，导致凝胶的性能难以重复。

含硅聚合物在诸多领域都有着广泛的应用，如硅橡胶就是重要的隐形眼镜材料之一，硅橡胶具有良好的透气性和柔性，专利CN106950717A将含氟硅氧烷线形聚合物与亲水高分子网络实现互穿，制备了一种亲水性能良好的含氟硅氧烷互穿网络水凝胶。含硅聚合物与碳原子相比，硅原子半径较大，形成的键易于极化，电负性较小，具有3d空轨道，以化学键形式结合到基于碳氢氮硫的传统共轭聚合物中能显著改变共轭聚合物的电子结构和状态，从而改善聚合物的光电性能，因此含硅聚合物水凝胶在电子器件材料领域具有很好的应用前景，然而，其抗静电性能不足是限制其在电子器件上应用的一个重要瓶颈，也限制了其应用范围。因此，通过简便的方法赋予含硅聚合物良好的抗静电性能也是硅水凝胶发展的重要需求。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种韧性抗静电双网络硅水凝胶，解决了现有水凝胶无法同时具备良好力学机械性能、自愈合性能、抗疲劳性能及抗静电性能的问题。

本发明还提供了一种韧性抗静电双网络硅水凝胶的制备方法，解决了现有方法制备方法复杂、不易控、耗费时间较长和生产效率低的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种韧性抗静电双网络硅水凝胶，所述硅水凝胶为双网络结构，所述双网络结构由第一高分子网络和第二高分子网络相互穿插形成共价-氢键双网络硅水凝胶或疏水缔合-氢键双网络硅水凝胶，所述第一高分子网络为第一网络单体通过自由基加成聚合形成碳链聚合物，然后通过化学交联或疏水缔合作用形成的交联网络；所述第二高分子网络为第二网络单体通过缩合聚合形成含硅聚合物，然后通过氢键作用形成的交联网络；所述第一网络单体为亲水烯类单体和/或疏水烯类单体；所述第二网络单体为含硅单体。

进一步，所述亲水烯类单体为丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸和甲基丙烯酰胺中的一种或多种；所述疏水烯类单体为甲基丙烯酸十八烷基酯和/或甲基丙烯酸十六烷基酯；所述含硅单体为六甲基二硅氧烷、正硅酸乙酯和甲基三甲氧基硅烷中的一种或多种。

本发明还提供了一种上述韧性抗静电双网络硅水凝胶的制备方法，包括以下步骤：将亲水烯类单体、交联剂和引发剂溶于去离子水中，然后加入含硅单体、催化剂和助溶剂，混合均匀得到混合溶液，使混合溶液中总单体浓度为3.00～3.25mol/L，然后将所述混合溶液加入至玻璃模具中，于60℃～80℃下聚合反应20h～28h，聚合反应结束，将水凝胶置于去离子水中透析，即得到所述共价-氢键双网络硅水凝胶。

进一步，所述亲水烯类单体与含硅单体的质量比为1.00～1.30。

进一步，所述交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺或1,4-二乙烯基苯，所述交联剂与亲水烯类单体的质量比为0.002～0.004；所述引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵，所述引发剂与亲水烯类单体的质量比为0.001～0.002。

进一步，所述催化剂为浓盐酸，所述催化剂与含硅单体的质量比为0.83～1.09；所述助溶剂为乙醇，所述助溶剂与含硅单体的质量比为0.37～0.49。。

本发明还提供了上述韧性抗静电双网络硅水凝胶的制备方法，包括以下步骤：将第一网络的单体、乳化剂、引发剂与第二网络单体、催化剂、助溶剂溶于去离子水中，混合均匀得到混合溶液，使混合溶液中的总单体浓度为3.02～3.41mol/L，然后将所述混合溶液灌入玻璃模具中，于60℃～80℃下聚合反应20h～28h，聚合反应结束，将水凝胶置于去离子水中透析，即得到所述疏水缔合-氢键双网络硅水凝胶。

进一步，所述第一网络单体与第二网络单体的质量比为0.79～0.99。

进一步，所述乳化剂为十六烷基三甲基溴化铵胺或十二烷基三甲基溴化铵，乳化剂与第一网络单体的质量比为0.47～0.53；引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵，引发剂与第一网络单体的质量比为0.0044～0.0049。

进一步，所述催化剂为浓盐酸、硫酸或对甲苯磺酸，所述催化剂与第二网络单体的质量比为0.74～0.83；助溶剂为乙醇或甲醇，所述助溶剂与第二网络单体的质量比为0.33～0.37。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本发明将烯类单体和硅单体共同溶解于同一体系，采用不同的聚合机理同时形成碳链聚合物网络和含硅聚合物网络，一步获得高韧性抗静电双网络硅水凝胶。烯类单体通过自由基加成聚合形成第一高分子网络，含硅单体通过缩合聚合形成第二高分子网络，两个高分子网络互相穿插，协同提升硅水凝胶的综合力学机械性能。本发明可实现一步成型，无需经过第一网络干燥、再次溶胀等过程，制备方法简单，耗费时间短，成产效率高，成本低，有利于产业化。

2、本发明制备的硅水凝胶的拉伸强度可以达到0.67MPa，断裂伸长率可以到达602.5％，拉伸模量可以达到4.35MPa，断裂能为2.13MJ/m³，具有良好的力学机械性能；因第一高分子网络中存在极性较强、能够有效输送电子的原子或者原子团，使硅水凝胶表面电阻处于10⁴Ω～10⁵Ω范围，达到半导体级别，具有良好的抗静电性。其中共价-氢键双网络硅水凝胶中的两个高分子网络分别通过化学键合物理相互作用实现交联，通过控制聚合条件，调整含硅高分子网络的交联密度，可有效提升硅水凝胶的抗疲劳性能(第三次循环拉伸时仍能保持65％的韧性)。疏水缔合-氢键双网络硅水凝胶中两个高分子网络均由可逆物理交联作用形成，具有快速的自愈合性能，当水凝胶浸润DMF后，于50℃下30min，可通过高分子链的运动，实现断面修复，自愈合后的水凝胶样条仍表现出优异的力学机械性能。疏水缔合-氢键双网络硅水凝胶经5次连续循环拉伸后，仍能够保持35％的韧性，水凝胶在5次连续循环拉伸后，于室温下放置40min，可实现110％的韧性恢复，经5次循环拉伸后，于50℃下放置5min，可实现108％的韧性恢复，表现出快速且优异的自恢复性能。可见，本发明获得的双网络硅水凝胶兼具有优异的韧性、抗疲劳性能、自恢复性能及抗静电性能，在生物医学、环境保护、电子信息等领域具有良好的应用前景，扩大其应用范围。

3、本发明所制备的硅水凝胶中的第一高分子网络的主体结构为亲水高分子网络，第二高分子网络为疏水高分子网络，两个网络的单体摩尔比可以在较大范围内任意调节，从而可灵活调整硅水凝胶的亲水性能。其中第二高分子网络所采用的单官能度的六甲基二硅氧烷可向硅水凝胶中引入甲基(有机基团)结构，而四官能度的正硅酸乙酯可向硅水凝胶中引入SiO₂(无机基团)结构，含硅高分子网络中不同结构硅单体的摩尔比可任意调节，可灵活调整含硅高分子网络中无机基团与有机基团的比例，更为有效地设计和控制硅水凝胶的综合性能。本发明投料量精确可控，易于调整配方，能够根据需要制备性能不同的双网络水凝胶，并且可重复性强，节省原料。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的硅水凝胶PAMAA-Si_1MQ的应力-应变曲线；

图2为本发明实施例1制备的硅水凝胶PAMAA-Si_1MQ的循环拉伸曲线；

图3为本发明实施例2制备的硅水凝胶PAMAA-Si_3MQ的应力-应变曲线；

图4为本发明实施例2制备的硅水凝胶PAMAA-Si_3MQ的循环拉伸曲线；

图5为本发明实施例3制备的硅水凝胶PAMAA-Si_3Q的应力-应变曲线；

图6为本发明实施例3制备的硅水凝胶PAMAA-Si_3Q的循环拉伸曲线；

图7为本发明实施例4制备的硅水凝胶HPAMAA-Si_3MQ的应力-应变曲线；

图8为本发明实施例4制备的硅水凝胶HPAMAA-Si_3MQ的循环拉伸曲线；

图9为本发明实施例4制备的硅水凝胶HPAMAA-Si_3MQ在浸润DMF后，于50℃下保温30min后的自愈合性能；

图10为本发明实施例5制备的硅水凝胶HPAM-Si_3MQ的应力-应变曲线；

图11为本发明实施例5制备的硅水凝胶HPAM-Si_3MQ的循环拉伸曲线；

图12为本发明实施例6制备的硅水凝胶HPAMAA-Si_3M1.5Q的应力-应变曲线；

图13为本发明实施例6制备的硅水凝胶HPAMAA-Si_3M1.5Q的循环拉伸曲线。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步详细说明，以下实验方法未特别说明均为常规方法。

能量耗散率η采用式1计算：

式1中，S_c代表水凝胶循环拉伸中的拉伸-回缩环积分面积，S_t代表水凝胶应力-应变曲线与应变坐标轴间的积分面积。

韧性恢复率R采用式2计算：

式2中，S_ci代表水凝胶第i次循环拉伸中的拉伸-回缩环积分面积，S_c1代表水凝胶第一次循环拉伸中的拉伸-回缩环积分面积。

实施例1

将24mL去离子水100mL烧杯中，加入3.75g丙烯酰胺AM、0.47g丙烯酸AA和15mg N,N-二甲基双丙烯酰胺溶于去离子水中，然后加入2mL乙醇、1g六甲基二硅氧烷、3.25g正硅酸乙酯、1mL浓盐酸和5mg过硫酸钾，混合均匀得到混合溶液，再将所述混合溶液加热至70℃，聚合反应24h，聚合反应结束，将水凝胶置于去离子水中透析，以除去残留单体和盐酸，制备得到硅水凝胶PAMAA-Si_1MQ(1代表所加入浓盐酸的体积mL，M和Q分别代表硅单体六甲基二硅氧烷和正硅酸乙酯)。

1、将本实施例得到的硅水凝胶PAMAA-Si_1MQ采用表面电阻率仪进行测试，结果显示表面电阻率为10⁴Ω，具有良好的抗静电性能。

2、将本实施例得到的硅水凝胶PAMAA-Si_1MQ进行拉伸应力-应变测试，结果如图1所示。

根据图中测试结果可知，该硅水凝胶的拉伸强度为0.04MPa，断裂伸长率为1010.0％，断裂能为0.188MJ/m³，说明其具有软而韧的性能特点。

3、将本实施例得到的硅水凝胶PAMAA-Si_1MQ进行循环拉伸测试(应变固定为73％)，结果如图2所示。

根据图中测试结果计算可得，该硅水凝胶的三次循环拉伸的内耗能分别为0.0041MJ/m³，0.0027MJ/m³及0.0026MJ/m³。三次循环拉伸的能量耗散率分别为71％，65％及64％。在连续拉伸测试过程中，第二次循环拉伸时的韧性恢复率为67％，第三次循环拉伸的韧性恢复率为65％，体现出优异的抗疲劳性能。

实施例2

将24mL去离子水100mL烧杯中，加入3.75g丙烯酰胺AM、0.47g丙烯酸AA和15mg N,N-二甲基双丙烯酰胺溶于去离子水中，然后加入2mL乙醇、1g六甲基二硅氧烷、3.25g正硅酸乙酯、3mL浓盐酸和5mg过硫酸钾，混合均匀得到混合溶液，再将所述混合溶液加热至70℃，反应24h，聚合反应结束，将水凝胶置于去离子水中透析24h，以除去残留单体和盐酸，制备得到硅水凝胶PAMAA-Si_3MQ(3代表所加入浓盐酸的体积mL，M和Q分别代表硅单体六甲基二硅氧烷和正硅酸乙酯)。

1、将本实施例得到的硅水凝胶PAMAA-Si_3MQ采用表面电阻率仪测试，结果显示表面电阻为10⁴Ω，说明其具有良好的抗静电性能。

2、将本实施例得到的硅水凝胶PAMAA-Si_1MQ进行拉伸应力-应变测试，结果如图3所示。

根据图中测试结果可知，该硅水凝胶的拉伸强度为0.67MPa，断裂伸长率为602.5％，断裂能为2.13MJ/m³。

3、将本实施例得到的硅水凝胶PAMAA-Si_3MQ进行循环拉伸测试(应变固定为131％)，结果如图4所示。

根据图中测试结果计算可得，该硅水凝胶的三次循环拉伸的内耗能分别为0.247MJ/m³，0.088MJ/m³及0.072MJ/m³。三次循环拉伸的能量耗散率分别为94％，89％及89％，体现出优异的能量耗散能力与韧性。在连续循环拉伸测试中，第二次循环拉伸时的韧性恢复率为36％，第三次循环拉伸的韧性恢复率为29％，体现出良好的抗疲劳性能。

实施例3

将24mL去离子水100mL烧杯中，加入3.75g丙烯酰胺AM、0.47g丙烯酸AA和15mg N,N-二甲基双丙烯酰胺溶于去离子水中，然后加入2mL乙醇、3.25g正硅酸乙酯、3mL浓盐酸和5mg过硫酸钾混合均匀得到混合溶液，再将所述混合溶液加热至70℃，聚合反应24h，聚合反应结束后将水凝胶置于去离子水中透析24h，以除去残留单体和盐酸，制备得到硅水凝胶PAMAA-Si_3Q(3代表所加入浓盐酸的体积mL，Q代表硅单体正硅酸乙酯)。

1、将本实施例得到的硅水凝胶PAMAA-Si_3Q采用表面电阻率仪测试，结果显示表面电阻为10⁴Ω，具有良好的抗静电性能。

2、将本实施例得到的硅水凝胶PAMAA-Si_3Q硅水凝胶进行拉伸应力-应变测试，结果如图5所示。

根据图中测试结果可知，该硅水凝胶的拉伸强度0.53MPa，断裂伸长率601.5％，断裂能为1.79MJ/m³。

3、将本实施例得到的硅水凝胶PAMAA-Si_3Q进行循环拉伸测试(应变固定为160％)，结果如图6所示。

根据图中测试结果计算可得，该硅水凝胶的三次循环拉伸的内耗能分别为0.24MJ/m³，0.057MJ/m³及0.030MJ/m³，前两次循环拉伸的能量耗散率分别为95％和85％，体现出较为优异的能量耗散能力与韧性。在连续拉伸测试中，第二次循环拉伸时的韧性恢复率为24％，第三次循环拉伸时韧性恢复率为13％。

实施例4

将24mL去离子水100mL烧杯中，加入3.75g丙烯酰胺AM、0.47g丙烯酸AA、2g十六烷基三甲基溴化铵和0.31g甲基丙烯酸十八烷基酯，加热至50℃，充分搅拌使其溶解均匀。随后加入2mL乙醇、1g六甲基二硅氧烷、3.25g正硅酸乙酯和3mL浓盐酸，搅拌均匀后，加入20mg过硫酸钾，加热至70℃，反应24h。聚合反应结束，将水凝胶置于去离子水中透析24h，以除去残留单体和盐酸，制备得到硅水凝胶HPAMAA-Si_3MQ(3代表所加入浓盐酸的体积mL，M和Q分别代表硅单体六甲基二硅氧烷和正硅酸乙酯)。

1、将本实施例得到的硅水凝胶HPAMAA-Si_3MQ采用表面电阻率仪测试，结果显示硅水凝胶的表面电阻为10⁵Ω，说明其具有良好的抗静电性能。

2、将本实施例得到的硅水凝胶HPAMAA-Si_3MQ制成圆柱形水凝胶(厚度17.35mm，直径21.19mm)，然后将其压缩至原始厚度的51.1％时，浸泡于去离子水中5min后，其厚度可恢复至原始厚度的95.7％，表现出快速的自恢复性能。

3、将本实施例得到的硅水凝胶PHPAMAA-Si_3MQ进行拉伸应力-应变测试，结果如图7所示。

根据图中测试结果可知，该硅水凝胶的拉伸强度为0.45MPa，断裂伸长率为560.9％，断裂能为1.49MJ/m³。

4、将本实施例得到的硅水凝胶HPAMAA-Si_3MQ进行循环拉伸测试，结果如图8和表1所示(固定应变为200％)。

表1硅水凝胶HPAMAA-Si3MQ的抗疲劳性能参数

从表中可以看出，该硅水凝胶的五次循环拉伸的内耗能分别为0.337MJ/m³，0.126MJ/m³,0.107MJ/m³,0.097MJ/m³和0.091MJ/m³，五次循环拉伸的能量耗散率分别为92％,85％,85％,85％和85％，体现出优异的韧性和能量耗散能力。HPAMAA-Si_3MQ硅水凝胶在第五次连续拉伸-回缩循环中，韧性恢复率为27％，当该水凝胶在室温下放置40min后，其韧性恢复率为110％。经五次循环拉伸后，将该硅水凝胶在50℃下放置5min，其韧性恢复率为108％，体现出优异的自恢复和抗疲劳性能。

5、将本实施例得到的硅水凝胶HPAMAA-Si_3MQ的哑铃型样条在细颈处切断后，将断面接触，浸润DMF，于50℃下保温30min，结果如图9所示。

从图中可以看出，切断后的样条具有明显的断面消失和自愈合现象(图9A～E)，自愈合后伸长率为340％(图9E～F)，为原始硅水凝胶的60.6％；自愈合后拉伸模量15.5MPa，为原始硅水凝胶(11.2MPa)的138％；自愈合后200％应变下内耗能0.494MJ/m³，为原始硅水凝胶的147％。

实施例5

将24mL去离子水100mL烧杯中，加入3.75g丙烯酰胺AM、加入2g十六烷基三甲基溴化铵和0.31g甲基丙烯酸十八烷基酯，加热至50℃，充分搅拌使其溶解均匀。随后加入2mL乙醇、1g六甲基二硅氧烷、3.25g正硅酸乙酯和3mL浓盐酸，搅拌均匀后，加入20mg过硫酸钾，加热至70℃，反应24h，聚合反应结束，将水凝胶置于去离子水中透析24h，以除去残留单体和盐酸，制备得到硅水凝胶HPAM-Si_3MQ(3代表所加入浓盐酸的体积mL，M和Q分别代表硅单体六甲基二硅氧烷和正硅酸乙酯)。

1、将本实施例得到的硅水凝胶PAMAA-Si_3Q采用表面电阻率仪测试，结果显示硅水凝胶的表面电阻为10⁴Ω，具有良好的抗静电性能。

2、将本实施例得到的硅水凝胶HPAM-Si_3MQ进行硅水凝胶的应力-应变测试，结果如图10所示。

根据图中测试结果可知，该硅水凝胶的拉伸强度为0.22MPa，断裂伸长率为82.0％，断裂能为0.17MJ/m³。

3、将本实施例得到的硅水凝胶HPAM-Si_3MQ进行循环拉伸测试，结果如图11所示(固定应变为100％)。

根据图中数据计算可得，该硅水凝胶的五次循环拉伸的内耗能分别为0.203MJ/m³，0.053MJ/m³，0.043MJ/m³，0.039MJ/m³和0.036MJ/m³，能量损耗系率分别为93％，80％，80％，80％和80％，体现出优异的韧性和能量耗散能力。HPAM-Si_3MQ硅水凝胶在第五次循环拉伸-回缩循环中，仍然能够保持18％的韧性恢复率，体现出良好的抗疲劳性能。

实施例6

将24mL去离子水100mL烧杯中，加入3.75g丙烯酰胺AM、0.47g丙烯酸AA、加入2g十六烷基三甲基溴化铵和0.31g甲基丙烯酸十八烷基酯，加热至50℃，充分搅拌使其溶解均匀，随后加入2mL乙醇、1.5g六甲基二硅氧烷、3.25g正硅酸乙酯和3mL浓盐酸，搅拌均匀后，加入20mg过硫酸钾(过硫酸钾溶解于1mL去离子水中)。加热至70℃，反应24h。聚合反应结束，将水凝胶置于去离子水中透析24h，以除去残留单体和盐酸，制备得到硅水凝胶HPAMAA-Si_3M1.5Q(3代表所加入浓盐酸的体积为3mL，M和Q分别代表硅单体六甲基二硅氧烷和正硅酸乙酯,1.5代表所加入M单体的质量为1.5g)

1、将本实施例得到的硅水凝胶HPAMAA-Si_3M1.5Q采用表面电阻率仪测试，结果显示硅水凝胶的表面电阻为10⁵Ω，具有良好的抗静电性能。

2、将本实施例得到的硅水凝胶HPAMAA-Si_3M1.5Q制成圆柱形水凝胶(厚度27.9mm，直径22.82mm)，然后将其压缩至原始厚度的40.8％时，浸泡于去离子水中3min后，其厚度可恢复至原始厚度的96.0％，表现出快速的自恢复性能。

3、将本实施例得到的硅水凝胶HPAMAA-Si_3M1.5Q进行应力-应变测试，结果如图12所示。

根据图中测试结果可知，该硅水凝胶的拉伸强度为0.12MPa，断裂伸长率为685.9％，断裂能为0.59MJ/m³。

4、将本实施例得到的HPAMAA-Si_3M1.5Q进行循环拉伸测试，结果如图13所示(固定应变为200％)。

根据图中数据计算可得，该硅水凝胶的五次循环拉伸的内耗能分别为0.059MJ/m³，0.031MJ/m³,0.025MJ/m³,0.023MJ/m³和0.022MJ/m³，五次循环拉伸的能量耗散率分别为64％,57％,56％,56％和58％，体现出良好的韧性和能量耗散能力。

HPAMAA-Si_3M1.5Q硅水凝胶在第五次连续拉伸-回缩循环中，韧性恢复率为39％，体现出优异的抗疲劳性能。

HPAMAA-Si_3M1.5Q硅水凝胶在五次连续拉伸-回缩循环后，于室温下放置13min，其韧性恢复率为93％，体现出优异的自恢复性能。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种韧性抗静电双网络硅水凝胶，其特征在于，所述硅水凝胶为双网络结构，所述双网络结构由第一高分子网络和第二高分子网络相互穿插形成共价-氢键双网络硅水凝胶或疏水缔合-氢键双网络硅水凝胶，所述第一高分子网络为第一网络单体通过自由基加成聚合形成碳链聚合物，然后所述碳链聚合物通过化学交联或疏水缔合作用形成的交联网络；所述第二高分子网络为第二网络单体通过缩合聚合形成含硅聚合物，然后所述含硅聚合物通过氢键作用形成的交联网络；所述第一网络单体为亲水烯类单体和/或疏水烯类单体；所述第二网络单体为含硅单体。

2.根据权利要求1所述韧性抗静电双网络硅水凝胶，其特征在于，所述亲水烯类单体为丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸和甲基丙烯酰胺中的一种或多种；所述疏水烯类单体为甲基丙烯酸十八烷基酯和/或甲基丙烯酸十六烷基酯；所述含硅单体为六甲基二硅氧烷、正硅酸乙酯和甲基三甲氧基硅烷中的一种或多种。

3.一种如权利要求1所述韧性抗静电双网络硅水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将亲水烯类单体、交联剂和引发剂溶于去离子水中，然后加入含硅单体、催化剂和助溶剂，混合均匀得到混合溶液，使混合溶液中总单体浓度为3.00～3.25mol/L，然后将所述混合溶液加入至玻璃模具中，于60℃～80℃下聚合反应20h～28h，聚合反应结束，将水凝胶置于去离子水中透析，即得到所述共价-氢键双网络硅水凝胶。

4.根据权利要求3所述韧性抗静电双网络硅水凝胶的制备方法，其特征在于，所述亲水烯类单体与含硅单体的质量比为1.00～1.30。

5.根据权利要求3所述韧性抗静电双网络硅水凝胶的制备方法，其特征在于，所述交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺或1,4-二乙烯基苯，所述交联剂与亲水烯类单体的质量比为0.002～0.004；所述引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵，所述引发剂与亲水烯类单体的质量比为0.001～0.002。

6.根据权利要求3所述韧性抗静电双网络硅水凝胶的制备方法，其特征在于，所述催化剂为浓盐酸，所述催化剂与含硅单体的质量比为0.83～1.09；所述助溶剂为乙醇，所述助溶剂与含硅单体的质量比为0.37～0.49。

7.一种如权利要求1所述韧性抗静电双网络硅水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将第一网络单体、乳化剂和引发剂溶于去离子水中，然后加入第二网络单体、催化剂和助溶剂，混合均匀得到混合溶液，使混合溶液中的总单体浓度为3.02～3.41mol/L，然后将所述混合溶液灌入玻璃模具中，于60℃～80℃下聚合反应20h～28h，聚合反应结束，将水凝胶置于去离子水中透析，即得到所述疏水缔合-氢键双网络硅水凝胶；所述第一网络单体为亲水烯类单体和疏水烯类单体。

8.根据权利要求7所述韧性抗静电双网络硅水凝胶的制备方法，其特征在于，所述第一网络单体与第二网络单体的质量比为0.79～0.99。

9.根据权利要求7所述韧性抗静电双网络硅水凝胶的制备方法，其特征在于，所述乳化剂为十六烷基三甲基溴化铵或十二烷基三甲基溴化铵，所述乳化剂与第一网络单体的质量比为0.47～0.53；所述引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵，所述引发剂与第一网络单体的质量比为0.0044～0.0049。

10.根据权利要求7所述韧性抗静电双网络硅水凝胶的制备方法，其特征在于，所述催化剂为浓盐酸、硫酸或对甲苯磺酸，所述催化剂与第二网络单体的质量比为0.74～0.83；所述助溶剂为乙醇或甲醇，所述助溶剂与第二网络单体的质量比为0.33～0.37。