CN112225910B - 抗冻锁水性能可调节的有机水凝胶及其制备方法和应用 - Google Patents

抗冻锁水性能可调节的有机水凝胶及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN112225910B
CN112225910B CN202011096082.6A CN202011096082A CN112225910B CN 112225910 B CN112225910 B CN 112225910B CN 202011096082 A CN202011096082 A CN 202011096082A CN 112225910 B CN112225910 B CN 112225910B
Authority
CN
China
Prior art keywords
water
organic hydrogel
solution
freezing
hydrogel
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.)
Active
Application number
CN202011096082.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112225910A (zh
Inventor
何云斌
程欢
黎明锴
卢寅梅
常钢
李派
徐雅欣
李降龙
柯鹏
杨连遇吉
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.)
Wuhan Ruilian Zhichuang Photoelectric Co ltd
Hubei University
Original Assignee
Wuhan Ruilian Zhichuang Photoelectric Co ltd
Hubei 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 Wuhan Ruilian Zhichuang Photoelectric Co ltd, Hubei University filed Critical Wuhan Ruilian Zhichuang Photoelectric Co ltd
Priority to CN202011096082.6A priority Critical patent/CN112225910B/zh
Publication of CN112225910A publication Critical patent/CN112225910A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112225910B publication Critical patent/CN112225910B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • 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
    • 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
    • C08F220/52—Amides or imides
    • C08F220/54—Amides, e.g. N,N-dimethylacrylamide or N-isopropylacrylamide
    • C08F220/56—Acrylamide; Methacrylamide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/16—Halogen-containing compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/28—Nitrogen-containing compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00—Use of organic ingredients
    • C08K5/16—Nitrogen-containing compounds
    • C08K5/17—Amines; Quaternary ammonium compounds
    • 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
    • C08J2333/24—Homopolymers or copolymers of amides or imides
    • C08J2333/26—Homopolymers or copolymers of acrylamide or methacrylamide

Landscapes

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

Abstract

本发明提供了一种抗冻锁水性能可调节的有机水凝胶及其制备方法和应用；该有机水凝胶的制备方法，包括以下步骤：将单体、交联剂以及交联促进剂加入至复合溶剂中，震荡后得到第一溶液；将引发剂、离子导体加入至复合溶剂中，震荡后得到第二溶液；将第二溶液加入至第一溶液中，固化后即得有机水凝胶；单体包括丙烯酰胺、丙烯酸、N‑异丙基丙烯酰胺中的一种；复合溶剂为醇和水混合而成；离子导体包括氯化铵、氯化锂、氯化钠、氟化铵、氟化钠中的一种。本发明的有机水凝胶的制备方法，通过加入引发剂和离子导体，3s即可固化成型，实现对有机水凝胶抗冻和锁水能力的调控，其在远低于水的冰点温度下仍不结冰，具有卓越的耐受低温的能力。

Description

抗冻锁水性能可调节的有机水凝胶及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及柔性材料制备技术领域，尤其涉及一种抗冻锁水性能可调节的有机水凝胶及其制备方法和应用。
背景技术
新型材料向可耐受极端环境、智能化、微纳化、可编程化、多功能集成方向发展，新型材料受到了人们广泛的关注。水凝胶是一类可伸缩、质轻柔软的材料，在能源、医疗、致动等领域受到人们的亲睐，如柔性可穿戴不对称超级电容器、新型止血材料、软体机器人等。
然而目前的水性水凝胶在零度以下温度不可避免地会凝固而失去其固有的弹性，在高温下极易失去水分，这大大限制了其使用范围。
基于现有的水性水凝胶存在的缺陷，有必要对此进行改进。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种抗冻锁水性能可调节的有机水凝胶及其制备方法和应用，以解决现有技术存在的缺陷。
第一方面，本发明提供了一种抗冻锁水性能可调节的有机水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
将单体、交联剂以及交联促进剂加入至复合溶剂中，震荡溶解后得到第一溶液；
将引发剂、离子导体加入至复合溶剂中，震荡溶解后得到第二溶液；
将第二溶液加入至第一溶液中，固化成型后即得有机水凝胶；
其中，所述单体包括丙烯酰胺、丙烯酸、N-异丙基丙烯酰胺中的一种；所述复合溶剂为醇和水混合而成，所述醇包括乙二醇、丙三醇、己六醇、聚乙二醇和聚乙烯醇中的至少一种；所述离子导体包括氯化铵、氯化锂、氯化钠、氟化铵、氟化钠中的一种。
可选的，所述的抗冻锁水性能可调节的有机水凝胶的制备方法，所述交联剂包括N,N-亚甲基双丙烯酰胺、二乙烯基苯、二异氰酸酯中的一种。
可选的，所述的抗冻锁水性能可调节的有机水凝胶的制备方法，所述交联促进剂包括N,N,N’,N’-四甲基乙二胺、三乙醇胺、乙酰丙酮中的一种。
可选的，所述的抗冻锁水性能可调节的有机水凝胶的制备方法，所述引发剂包括过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠中的一种。
可选的，所述的抗冻锁水性能可调节的有机水凝胶的制备方法，所述醇与水的质量比为(1～3):2。
可选的，所述的抗冻锁水性能可调节的有机水凝胶的制备方法，所述交联剂的质量为所述单体质量的0.01％～0.5％；所述交联促进剂的质量为所述单体质量的0.01％～0.5％；所述引发剂的质量为所述单体质量的0.01％～25％。
可选的，所述的抗冻锁水性能可调节的有机水凝胶的制备方法，所述单体与离子导体的质量比为1:0.01～5。
可选的，所述的抗冻锁水性能可调节的有机水凝胶的制备方法，所述单体质量与两次所用复合溶剂的质量之和的比值为(15～35):(65～85)。
第二方面，本发明还提供了一种抗冻锁水性能可调节的有机水凝胶，采用所述的制备方法制备得到。
第三方面，本发明还提供了一种抗冻锁水性能可调节的有机水凝胶可应用于柔性可拉伸电子器件。
本发明的一种抗冻锁水性能可调节的有机水凝胶的制备方法相对于现有技术具有以下有益效果：
(1)本发明的抗冻锁水性能可调节的有机水凝胶的制备方法，通过加入引发剂和离子导体，无需紫外光、加热等处理，3s即可固化成型，实现对水凝胶抗冻和锁水能力的调控，其在远低于水的冰点温度下仍不结冰，具有卓越的耐受低温的能力；
(2)本发明制备得到的抗冻锁水性能可调节的有机水凝胶，裸露于环境条件下，质量损失小，且均能保持良好的导电性、优异的拉伸性；
(3)本发明制备得到的抗冻锁水性能可调节的有机水凝胶，可作为离子导体电极材料应用于极低温度，这可进一步拓宽其在柔性领域极端环境中的应用；
(4)本发明的抗冻锁水性能可调节的有机水凝胶的制备工艺简单，聚合反应迅速，成本低廉，可批量生产。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的抗冻锁水性能可调节的有机水凝胶的制备方法的工艺流程图；
图2为丙三醇-水、丙三醇-水-聚丙烯酰胺第一性原理计算分子间氢键作用图；
图3为本发明的对比例1～6以及实施例1制备得到的凝胶，于-30℃下抗冻性能图；
图4为本发明的对比例1～6以及实施例1制备得到的凝胶，于-80℃下抗冻性能图；
图5为本发明的实施例1～5制备得到的凝胶，于-80℃下抗冻性能图；
图6为本发明的对比例1～2以及实施例1制备得到的凝胶，于-80℃下冷冻后柔韧性测试图；
图7为本发明的对比例1～6以及实施例1制备得到的凝胶暴露于空气中质量保持率图；
图8为本发明的实施例1～5制备得到的凝胶暴露于空气中质量保持率图；
图9为本发明的实施例1制备得到的有机水凝胶作为离子导体使LED发光的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明提供了一种抗冻锁水性能可调节的有机水凝胶的制备方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1、将单体、交联剂以及交联促进剂加入至复合溶剂中，震荡溶解后得到第一溶液；
S2、将引发剂、离子导体加入至复合溶剂中，震荡溶解后得到第二溶液；
S3、将第二溶液加入至第一溶液中，固化成型后即得有机水凝胶；
其中，单体包括丙烯酰胺、丙烯酸、N-异丙基丙烯酰胺中的一种；复合溶剂为醇和水混合而成，醇包括乙二醇、丙三醇、己六醇、聚乙二醇和聚乙烯醇中的至少一种；离子导体包括氯化铵、氯化锂、氯化钠、氟化铵、氟化钠中的一种。
需要说明的是，本申请实施例中，复合溶剂可为水和乙二醇混合而成，水和丙三醇混合而成，水和己六醇混合而成、水和乙二醇、丙三醇混合而成，水和丙三醇、己六醇混合而成，水和乙二醇、丙三醇、己六醇混合而成，水和聚乙二醇混合而成，水和聚乙烯醇混合而成。
本申请实施例中，交联剂包括N,N-亚甲基双丙烯酰胺、二乙烯基苯、二异氰酸酯中的一种；交联促进剂包括N,N,N’,N’,-四甲基乙二胺、三乙醇胺、乙酰丙酮中的一种；引发剂包括过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠中的一种。
具体的，本申请实施例中单体采用丙烯酰胺；交联剂采用N,N-亚甲基双丙烯酰胺；交联促进剂采用N,N,N’,N’,-四甲基乙二胺；引发剂采用过硫酸铵；复合溶剂采用水和丙三醇混合而成。
具体的，本申请中S1具体为：分别取1g的丙烯酰胺、0.016g的N,N-亚甲基双丙烯酰胺、160μL N,N,N’,N’,-四甲基乙二胺加入1mL丙三醇和水混合而成的复合溶剂中(复合溶剂中丙三醇和水质量比为1:2)，震荡溶解，得到第一溶液；
S2具体为：取0.1g过硫酸铵、0.2067g的NH4Cl(2mol/L)加入至0.932mL丙三醇和水混合而成的复合溶剂中(复合溶剂中丙三醇和水质量比为1:2)，震荡溶解，得到第二溶液；
S3具体为：将第二溶液加入至第一溶液中，在模具中自流平，固化成型，即得抗冻锁水性能可调节的有机水凝胶。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种抗冻锁水性能可调节的有机水凝胶，其采用上述制备方法制备得到。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供了上述抗冻锁水性能可调节的有机水凝胶可应用于柔性可拉伸电子器件，具体的，该有机水凝胶可作为离子导体电极材料应用于极低温度下，这可进一步拓宽其在柔性可穿戴领域极端环境中的应用。
实施例2
本发明提供了一种抗冻锁水性能可调节的有机水凝胶的制备方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1、将单体、交联剂以及交联促进剂加入至复合溶剂中，震荡溶解后得到第一溶液；
S2、将引发剂、离子导体加入至复合溶剂中，震荡溶解后得到第二溶液；
S3、将第二溶液加入至第一溶液中，固化成型后即得有机水凝胶；
具体的，本申请中S1具体为：分别取1g的丙烯酰胺、0.016g的N,N-亚甲基双丙烯酰胺、160μL N,N,N’,N’,-四甲基乙二胺加入1mL丙三醇和水混合而成的复合溶剂中(复合溶剂中丙三醇和水质量比为1:2)，震荡溶解，得到第一溶液；
S2具体为：取0.1g过硫酸铵、0.1638g的LiCl(2mol/L)加入至0.932mL丙三醇和水混合而成的复合溶剂中(复合溶剂中丙三醇和水质量比为1:2)，震荡溶解，得到第二溶液；
S3具体为：将第二溶液加入至第一溶液中，在模具中自流平，固化成型，即得抗冻锁水性能可调节的有机水凝胶。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种抗冻锁水性能可调节的有机水凝胶，其采用上述制备方法制备得到。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供了上述抗冻锁水性能可调节的有机水凝胶可应用于柔性可拉伸电子器件，具体的，该有机水凝胶可作为离子导体电极材料应用于极低温度下，这可进一步拓宽其在柔性可穿戴领域极端环境中的应用。
实施例3
本发明提供了一种抗冻锁水性能可调节的有机水凝胶的制备方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1、将单体、交联剂以及交联促进剂加入至复合溶剂中，震荡溶解后得到第一溶液；
S2、将引发剂、离子导体加入至复合溶剂中，震荡溶解后得到第二溶液；
S3、将第二溶液加入至第一溶液中，固化成型后即得有机水凝胶；
具体的，本申请中S1具体为：分别取1g的丙烯酰胺、0.016g的N,N-亚甲基双丙烯酰胺、160μL N,N,N’,N’,-四甲基乙二胺加入1mL丙三醇和水混合而成的复合溶剂中(复合溶剂中丙三醇和水质量比为1:2)，震荡溶解，得到第一溶液；
S2具体为：取0.1g过硫酸铵、0.2258g的NaCl(2mol/L)加入至0.932mL丙三醇和水混合而成的复合溶剂中(复合溶剂中丙三醇和水质量比为1:2)，震荡溶解，得到第二溶液；
S3具体为：将第二溶液加入至第一溶液中，在模具中自流平，固化成型，即得抗冻锁水性能可调节的有机水凝胶。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种抗冻锁水性能可调节的有机水凝胶，其采用上述制备方法制备得到。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供了上述抗冻锁水性能可调节的有机水凝胶可应用于柔性可拉伸电子器件，具体的，该有机水凝胶可作为离子导体电极材料应用于极低温度下，这可进一步拓宽其在柔性可穿戴领域极端环境中的应用。
实施例4
本发明提供了一种抗冻锁水性能可调节的有机水凝胶的制备方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1、将单体、交联剂以及交联促进剂加入至复合溶剂中，震荡溶解后得到第一溶液；
S2、将引发剂、离子导体加入至复合溶剂中，震荡溶解后得到第二溶液；
S3、将第二溶液加入至第一溶液中，固化成型后即得有机水凝胶；
具体的，本申请中S1具体为：分别取1g的丙烯酰胺、0.016g的N,N-亚甲基双丙烯酰胺、160μL N,N,N’,N’,-四甲基乙二胺加入1mL丙三醇和水混合而成的复合溶剂中(复合溶剂中丙三醇和水质量比为1:2)，震荡溶解，得到第一溶液；
S2具体为：取0.1g过硫酸铵、0.1430g的NH4F(2mol/L)加入至0.932mL丙三醇和水混合而成的复合溶剂中(复合溶剂中丙三醇和水质量比为1:2)，震荡溶解，得到第二溶液；
S3具体为：将第二溶液加入至第一溶液中，在模具中自流平，固化成型，即得抗冻锁水性能可调节的有机水凝胶。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种抗冻锁水性能可调节的有机水凝胶，其采用上述制备方法制备得到。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供了上述抗冻锁水性能可调节的有机水凝胶可应用于柔性可拉伸电子器件，具体的，该有机水凝胶可作为离子导体电极材料应用于极低温度下，这可进一步拓宽其在柔性可穿戴领域极端环境中的应用。
实施例5
本发明提供了一种抗冻锁水性能可调节的有机水凝胶的制备方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1、将单体、交联剂以及交联促进剂加入至复合溶剂中，震荡溶解后得到第一溶液；
S2、将引发剂、离子导体加入至复合溶剂中，震荡溶解后得到第二溶液；
S3、将第二溶液加入至第一溶液中，固化成型后即得有机水凝胶；
具体的，本申请中S1具体为：分别取1g的丙烯酰胺、0.016g的N,N-亚甲基双丙烯酰胺、160μL N,N,N’,N’,-四甲基乙二胺加入1mL丙三醇和水混合而成的复合溶剂中(复合溶剂中丙三醇和水质量比为1:2)，震荡溶解，得到第一溶液；
S2具体为：取0.1g过硫酸铵、0.1622g的NaF(2mol/L)加入至0.932mL丙三醇和水混合而成的复合溶剂中(复合溶剂中丙三醇和水质量比为1:2)，震荡溶解，得到第二溶液；
S3具体为：将第二溶液加入至第一溶液中，在模具中自流平，固化成型，即得抗冻锁水性能可调节的有机水凝胶。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种抗冻锁水性能可调节的有机水凝胶，其采用上述制备方法制备得到。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供了上述抗冻锁水性能可调节的有机水凝胶可应用于柔性可拉伸电子器件，具体的，该有机水凝胶可作为离子导体电极材料应用于极低温度下，这可进一步拓宽其在柔性可穿戴领域极端环境中的应用。
对比例1
一种水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
A1、分别取1g的丙烯酰胺、0.016g的N,N-亚甲基双丙烯酰胺、160μL N,N,N’,N’,-四甲基乙二胺加入1mL水中，震荡溶解，得到第一溶液；
A2、取0.1g过硫酸铵加入1.076mL水中，震荡溶解，得到第二溶液；
A3、将第二溶液加入至第一溶液中，在模具中自流平，固化成型，即得水凝胶。
对比例2
一种有机水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
A1、分别取1g的丙烯酰胺、0.016g的N,N-亚甲基双丙烯酰胺、160μL N,N,N’,N’,-四甲基乙二胺加入至1mL丙三醇和水混合而成的复合溶剂中(复合溶剂中丙三醇和水质量比为1:2)，震荡溶解，得到第一溶液；
A2、取0.1g过硫酸铵加入至0.932mL丙三醇和水混合而成的复合溶剂中(复合溶剂中丙三醇和水质量比为1:2)，震荡溶解，得到第二溶液；
A3、将第二溶液加入至第一溶液中，在模具中自流平，固化成型，即得有机水凝胶。
对比例3
一种有机水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
A1、分别取1g的丙烯酰胺、0.016g的N,N-亚甲基双丙烯酰胺、160μL N,N,N’,N’,-四甲基乙二胺加入至1mL丙三醇和水混合而成的复合溶剂中(复合溶剂中丙三醇和水质量比为1:2)，震荡溶解，得到第一溶液；
A2、取0.1g过硫酸铵加入至1.426mL丙三醇和水混合而成的复合溶剂中(复合溶剂中丙三醇和水质量比为1:2)，震荡溶解，得到第二溶液；
A3、将第二溶液加入至第一溶液中，在模具中自流平，固化成型，即得有机水凝胶。
对比例4
一种有机水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
A1、分别取1g的丙烯酰胺、0.016g的N,N-亚甲基双丙烯酰胺、160μL N,N,N’,N’,-四甲基乙二胺加入至1mL丙三醇和水混合而成的复合溶剂中(复合溶剂中丙三醇和水质量比为1:2)，震荡溶解，得到第一溶液；
A2、取0.1g过硫酸铵加入至2.12mL丙三醇和水混合而成的复合溶剂中(复合溶剂中丙三醇和水质量比为1:2)，震荡溶解，得到第二溶液；
A3、将第二溶液加入至第一溶液中，在模具中自流平，固化成型，即得有机水凝胶。
对比例5
一种有机水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
A1、分别取1g的丙烯酰胺、0.016g的N,N-亚甲基双丙烯酰胺、160μL N,N,N’,N’,-四甲基乙二胺加入至1mL丙三醇和水混合而成的复合溶剂中(复合溶剂中丙三醇和水质量比为1:2)，震荡溶解，得到第一溶液；
A2、取0.1g过硫酸铵加入至3.16mL丙三醇和水混合而成的复合溶剂中(复合溶剂中丙三醇和水质量比为1:2)，震荡溶解，得到第二溶液；
A3、将第二溶液加入至第一溶液中，在模具中自流平，固化成型，即得有机水凝胶。
对比例6
一种有机水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
A1、分别取1g的丙烯酰胺、0.016g的N,N-亚甲基双丙烯酰胺、160μL N,N,N’,N’,-四甲基乙二胺加入至1mL丙三醇和水混合而成的复合溶剂中(复合溶剂中丙三醇和水质量比为1:2)，震荡溶解，得到第一溶液；
A2、取0.1g过硫酸铵加入至4.892mL丙三醇和水混合而成的复合溶剂中(复合溶剂中丙三醇和水质量比为1:2)，震荡溶解，得到第二溶液；
A3、将第二溶液加入至第一溶液中，在模具中自流平，固化成型，即得有机水凝胶。
根据第一性原理(DFT)计算，丙三醇-水(GL-W)分子间氢键(-10.68KCal/mol)强于水(W-W)分子间氢键(-5.82KCal/mol)，且聚丙烯酰胺-丙三醇-水(PAM-GL-W)分子间氢键(-37.06KCal/mol)强于聚丙烯酰胺-水(PAM-W)分子间氢键(-34.91KCal/mol)，如图2所示(图中W表示水、GL表示丙三醇、PAM表示聚丙烯酰胺)，说明在有机水凝胶基质中，水以结合水形式存在，而在水凝胶基质中，绝大部分水以自由水形式存在，所以在0℃以下，水凝胶极易冻结。其中，有机水凝胶为本申请实施例1～5、以及对比例2～6采用丙三醇和水混合而成的复合溶剂制备得到的凝胶；水凝胶为对比例1使用水作为溶剂制备得到的凝胶。
将上述对比例1～6以及实施例1制备得到的凝胶，于-30℃下进行冷冻，观察不同的凝胶表面凝结程度，结果如图3所示(图中白色代表凝结，白色面积越大凝结程度越大)，从图3中可知，对比例1中制备得到的水凝胶在-30℃下完全冻结，而其余制备得到的凝胶几乎未凝结。
将上述对比例1～6以及实施例1制备得到的凝胶，于-80℃下进行冷冻，观察不同的有机水凝胶表面凝结程度，结果如图4所示，其中，图4中a表示对比例1～6以及实施例1制备得到的有机水凝胶于-80℃下冷冻15min的示意图，图4中b表示对比例1～6以及实施例1制备得到的有机水凝胶于-80℃下冷冻45min的示意图，从图4中可知，冷冻15min后仅对比例1中的水凝胶冻结，而对比例2～6以及实施例1制备得到的有机水凝胶均未冻结；冷冻45min后对比例2～6中得到的有机水凝胶冻结程度加深，这是因为复合溶剂含量高，水含量相对高，分子间氢键作用力依次减弱，所以冻结程度依次增加。
将上述实施例1～5中制备得到的抗冻锁水性能可调节的有机水凝胶，于-80℃下进行冷冻，观察不同的有机水凝胶表面凝结程度，结果如图5所示，从图5中可知，实施例1中加入NH4Cl制备得到的有机水凝胶表面凝结程度最低，表明加入NH4Cl制备得到的有机水凝胶抗冻性能最优。
进一步，将对比例1、对比例2以及实施例1中制备得到的凝胶，于-80℃下冷冻后进行柔韧性测试，结果如图6所示(图6中a为对比例1制备得到的水凝胶、b为对比例2制备得到的有机水凝胶、c为实施例1中制备得到的有机水凝胶)，从图6中可以看出，对比例1中制备得到的水凝胶-80℃冷冻后，水凝胶脆性增强，极易断裂，图6中a显示了对比例1中水凝胶发生断裂；图6中b显示了对比例2中制备得到的有机水凝胶仍具有良好的柔韧性；而实施例1中制备得到的有机水凝胶由于加入了NH4Cl，因为温度低，NH4Cl在有机水凝胶中溶解度降低，所以有机水凝胶表面看起来也为白色，但该有机水凝胶仍具有良好的柔韧性和优异的拉伸性。
分别将对比例1～6以及实施例1制备得到的凝胶，放置若干天后，测试其质量保持率，结果如图7所示；将实施例1～5制备得到的凝胶，放置若干天后，测试其质量保持率，结果如图8所示。从图7～8中所示，暴露5天后，对比例1中制备得到的水凝胶质量仅为初始质量的68.56％，而实施例1～5中加入离子导体后制备得到的有机水凝胶相比较于未加入离子导体制备得到的有机水凝胶质量保持率高，同时，加入NH4Cl制备得到的有机水凝胶质量保持率最高，为初始质量的91.35％。这一方面是由于分子间氢键使物质沸点升高，这使得水分子不易逃逸出凝胶基体；另一方面，根据拉乌尔定律PA＝PA*×XA，PA*表示纯溶剂A的饱和蒸气压，XA表示溶液中溶质A的摩尔分数。当溶质摩尔分数增加时，由拉乌尔定律可知，溶液的饱和蒸汽压升高，外界需要更高的作用才能使水分子逃逸。
将实施例1中制备得到的有机水凝胶作为离子导体，串联于含有电源和LED的电路中，结果如图9所示，该制备得到的有机水凝胶可作为离子导体使LED发光。
按照上述实施例1～5的制备方法，3s即可获得聚合成型的抗冻锁水性能可调节的有机水凝胶；按照上述对比例1的方法，5min即可获得水凝胶；按照上述对比例2的制备方法，5s即可获得聚合成型的抗冻锁水性能可调节的有机水凝胶；按照上述对比例3的制备方法，30s即可获得聚合成型的抗冻锁水性能可调节的有机水凝胶；按照上述对比例4的制备方法，1min即可获得聚合成型的抗冻锁水性能可调节的有机水凝胶；按照上述对比例5的制备方法，2min即可获得聚合成型的抗冻锁水性能可调节的有机水凝胶；按照上述对比例6的制备方法，3min即可获得聚合成型的抗冻锁水性能可调节的有机水凝胶。
本发明通过改变单体和溶剂的质量比，采用引发剂和离子导体掺杂，3s即可获得聚合成型的有机水凝胶。引发剂过硫酸铵加入，即有大量活性自由基产生，引发聚合物链增长；交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺加入，体系交联度提升，进而体系粘度增大。当再加入交联促进剂N,N,N’,N’,-四甲基乙二胺，催化交联剂交联，聚合物分子间相互缠结程度增大。此时体系黏度急剧上升，体系黏度随转化率提高。当不加离子导体时，随着丙烯酰胺含量的增加，所形成的聚合物含量就会随之增加，聚合物链与聚合物链间相互交联程度加大，加之聚合物链与聚合物链间还会相互缠结，导致体系黏度增大，反应速率瞬间大大提升(3min聚合成型提升到5s聚合成型)；当加入离子导体，体系溶液浓度增大，黏度上升，聚合物链在体系中没有足够的空间释放反应所放出的热量，导致加速显著(3s聚合成型)。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种抗冻锁水性能可调节的有机水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将单体、交联剂以及交联促进剂加入至复合溶剂中，震荡溶解后得到第一溶液；
将引发剂、离子导体加入至复合溶剂中，震荡溶解后得到第二溶液；
将第二溶液加入至第一溶液中，固化成型后即得有机水凝胶；
其中，所述单体选自丙烯酰胺、丙烯酸、N-异丙基丙烯酰胺中的一种；所述复合溶剂为醇和水混合而成，所述醇选自乙二醇、丙三醇、己六醇、聚乙二醇和聚乙烯醇中的一种；所述离子导体为氯化铵；
所述醇与水的质量比为(1~3):2；
所述交联剂的质量为所述单体质量的0.01%~0.5%；所述交联促进剂的质量为所述单体质量的0.01%~0.5%；所述引发剂的质量为所述单体质量的0.01%~25%；
所述单体与离子导体的质量比为1:0.01~5；
所述单体质量与两次所用复合溶剂的质量之和的比值为(15~35):(65~85)。
2.如权利要求1所述的抗冻锁水性能可调节的有机水凝胶的制备方法，其特征在于，所述交联剂包括N, N-亚甲基双丙烯酰胺、二乙烯基苯、二异氰酸酯中的一种。
3.如权利要求1所述的抗冻锁水性能可调节的有机水凝胶的制备方法，其特征在于，所述交联促进剂包括N, N, N’,N’-四甲基乙二胺、三乙醇胺、乙酰丙酮中的一种。
4.如权利要求1所述的抗冻锁水性能可调节的有机水凝胶的制备方法，其特征在于，所述引发剂包括过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠中的一种。
5.一种抗冻锁水性能可调节的有机水凝胶，其特征在于，采用如权利要求1~4任一所述的制备方法制备得到。
6.一种如权利要求5所述的抗冻锁水性能可调节的有机水凝胶可应用于制备柔性可拉伸电子器件。
CN202011096082.6A 2020-10-14 2020-10-14 抗冻锁水性能可调节的有机水凝胶及其制备方法和应用 Active CN112225910B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011096082.6A CN112225910B (zh) 2020-10-14 2020-10-14 抗冻锁水性能可调节的有机水凝胶及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011096082.6A CN112225910B (zh) 2020-10-14 2020-10-14 抗冻锁水性能可调节的有机水凝胶及其制备方法和应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112225910A CN112225910A (zh) 2021-01-15
CN112225910B true CN112225910B (zh) 2023-03-07

Family

ID=74112776

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011096082.6A Active CN112225910B (zh) 2020-10-14 2020-10-14 抗冻锁水性能可调节的有机水凝胶及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112225910B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112961296B (zh) * 2021-04-08 2023-01-31 苏州缔因安生物科技有限公司 一种有机凝胶及其制备方法和应用
CN113260101B (zh) * 2021-05-17 2022-02-11 东南大学 一种抗低温柔性热电材料、热电池及其制备方法
CN114644729A (zh) * 2022-03-11 2022-06-21 轻昂化学(深圳)有限公司 导电凝胶的制备方法、导电凝胶和柔性凝胶传感器

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009256629A (ja) * 2008-03-17 2009-11-05 Kawamura Inst Of Chem Res 有機無機複合ヒドロゲル及びその製造方法
CN103102453A (zh) * 2013-01-11 2013-05-15 燕山大学 一种吸附重金属离子的聚合物水凝胶及其制备方法
CN108070044A (zh) * 2018-02-05 2018-05-25 中国科学院长春应用化学研究所 一种凝胶材料及其制备方法
CN109157671A (zh) * 2018-07-26 2019-01-08 长春工业大学 一种宽温度有机水凝胶敷料及其制备方法
CN109880024A (zh) * 2019-01-21 2019-06-14 西安工业大学 一种立体光固化成型3d打印用水凝胶及其制备方法
CN110105502A (zh) * 2019-04-08 2019-08-09 西安交通大学 一种多功能有机凝胶及其制备方法
CN110408053A (zh) * 2019-08-22 2019-11-05 广东工业大学 一种高强韧抗冻耐热聚丙烯酰胺有机水凝胶及其制备方法
CN111234262A (zh) * 2020-01-07 2020-06-05 湖北大学 CS/Al3+-PAM双网络离子水凝胶及其制备方法和应用
CN111234122A (zh) * 2020-03-12 2020-06-05 山东大学 一种抗冰水凝胶粘结材料及其制备方法和应用

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009256629A (ja) * 2008-03-17 2009-11-05 Kawamura Inst Of Chem Res 有機無機複合ヒドロゲル及びその製造方法
CN103102453A (zh) * 2013-01-11 2013-05-15 燕山大学 一种吸附重金属离子的聚合物水凝胶及其制备方法
CN108070044A (zh) * 2018-02-05 2018-05-25 中国科学院长春应用化学研究所 一种凝胶材料及其制备方法
CN109157671A (zh) * 2018-07-26 2019-01-08 长春工业大学 一种宽温度有机水凝胶敷料及其制备方法
CN109880024A (zh) * 2019-01-21 2019-06-14 西安工业大学 一种立体光固化成型3d打印用水凝胶及其制备方法
CN110105502A (zh) * 2019-04-08 2019-08-09 西安交通大学 一种多功能有机凝胶及其制备方法
CN110408053A (zh) * 2019-08-22 2019-11-05 广东工业大学 一种高强韧抗冻耐热聚丙烯酰胺有机水凝胶及其制备方法
CN111234262A (zh) * 2020-01-07 2020-06-05 湖北大学 CS/Al3+-PAM双网络离子水凝胶及其制备方法和应用
CN111234122A (zh) * 2020-03-12 2020-06-05 山东大学 一种抗冰水凝胶粘结材料及其制备方法和应用

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
周庆翰 ; 徐丹萍 ; 李志年 ; .聚丙烯酰胺水凝胶的制备及pH敏感性的研究.2013,(05),全文. *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112225910A (zh) 2021-01-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112225910B (zh) 抗冻锁水性能可调节的有机水凝胶及其制备方法和应用
CN110760152B (zh) 一种抗冻水凝胶及其制备方法与应用
CN110922611B (zh) 高强度导电且耐高低温的MXene水凝胶及其制备方法和应用
JP5132278B2 (ja) 有機無機複合ヒドロゲルの製造方法
CN109320673A (zh) 一种自修复柔性水凝胶电敏材料及其制备方法和应用
CN108440772A (zh) 一种自修复导电双网络结构水凝胶及其制备方法
CN110265232B (zh) 一种可自愈水凝胶电解质薄膜及其制备方法和应用
CN110105595B (zh) 一种低温耐受性离子导电水凝胶及其制备方法和应用
CN113563534B (zh) 一种复合聚丙烯酰胺凝胶及其制备方法和应用
CN109438728A (zh) 一种金属离子配位作用增强的温敏性导电水凝胶及其制备方法
WO2023004930A1 (zh) 一种两性离子防冻有机水凝胶及其制备方法、应用
CN109355725A (zh) 一种自愈性水凝胶纤维的制备方法
CN111995770A (zh) 一种物理联合网络水凝胶的制备方法
CN110330669B (zh) 聚(丙烯酰胺-vdt)/ta高强度水凝胶的制备方法
CN111704728A (zh) 透明的离子导电纤维素水凝胶及其制备方法和应用
CN114507360A (zh) 一种双网络水凝胶及其制备方法与应用
CN116836338A (zh) 一种水凝胶电解质及其制备方法和应用
JP2019504166A (ja) 電気活性親水性バイオポリマー
CN114437373B (zh) 一种氨基酸复合自由基聚合型水凝胶及其制备方法和用途
KR100447838B1 (ko) 카르복실기함유중합체조성물
CN114644765B (zh) 一种复合离子水凝胶组合物及其制备方法与应用
CN115028767B (zh) 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
CN113444200B (zh) 一种抗冻水凝胶及其制备方法和应用
CN115331975A (zh) 一体式抗冻超级电容器及其制备方法
CN103509304A (zh) 一种果胶/n-异丙基丙烯酰胺互穿水凝胶材料

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
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant