CN112908510A - 一种辐射法制备导电凝胶及其成型工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种辐射法制备导电凝胶及其成型工艺，该种辐射法制备导电凝胶及其成型工艺包括导电凝胶本体，所述导电凝胶本体呈一定厚度片材结构，所述导电凝胶本体包括水性凝胶和承载水性凝胶的增强芯层，增强芯层分布在水性凝胶内部，水性凝胶充满且包裹增强芯层，增强芯层由蓬松空芯材料构成，呈片状，增强芯层的抗拉伸强度较高，在导电凝胶中起到增强及骨架作用，提高导电凝胶的抗拉伸强度和抗裂断强度等的机械强度，使得整个凝胶成为完全的整体，水性凝胶具有一定的导电性能，水性凝胶通过辐照工艺制备而成。通过上述方式，本发明具有较高机械性能的导电凝胶，在较大外力作用下仍具有良好的导电性能。
Description
技术领域
本发明涉及导电凝胶技术领域，特别是涉及一种辐射法制备导电凝胶及其成型工艺。
背景技术
导电凝胶Hydrogel具有亲水的三维网络状结构，能在分散介质中迅速溶胀并在此溶胀状态可以保持大量体积的分散介质而不溶解，网络状结构赋予导电凝胶类似固体的机械性能，而分散介质能够快速扩散，赋予导电凝胶类似液体的传输性能。
导电凝胶作为一种人体与医用电极的中间媒介，在心电图、脑电图等医疗器械领域具有重要的应用价值，其中导电凝胶的导电性能直接影响着检测结果，导电凝胶必须具有良好的生物相容性，即无细胞毒性、对人体皮肤无刺激、致敏等特点。
导电凝胶需要具备一定的导电性能、机械性能、柔韧性以及生物相融性，能在应用中承载受巨大的机械载荷及大应变下仍保持较高的导电性用以信号传输，同时也避免意外断裂造成系统崩溃等问题，并在诸多领域均具有广泛的应用，但现有的导电凝胶无法兼顾高机械性能以及高的拉伸率，具有高机械性能的导电凝胶在拉伸过程中容易出现裂纹并影响导电性能，裂纹的存在将造成器件的损坏，并限制导电凝胶材料的进一步应用，基于以上缺陷和不足，有必要对现有的技术予以改进，设计出一种辐射法制备导电凝胶及其成型工艺。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种辐射法制备导电凝胶及其成型工艺，具有较高机械性能的导电凝胶，在较大外力作用下仍具有良好的导电性能。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种辐射法制备导电凝胶，该种辐射法制备导电凝胶包括导电凝胶本体，所述导电凝胶本体呈一定厚度片材结构，所述导电凝胶本体包括水性凝胶和承载水性凝胶的增强芯层，增强芯层分布在水性凝胶内部，水性凝胶充满且包裹增强芯层，增强芯层由蓬松空芯材料构成，呈片状，增强芯层的抗拉伸强度较高，在导电凝胶中起到增强及骨架作用，提高导电凝胶的抗拉伸强度和抗裂断强度等的机械强度，使得整个凝胶成为完全的整体，水性凝胶具有一定的导电性能，水性凝胶通过辐照工艺制备而成。
优选的是，所述水性凝胶原料成分组成包括：丙烯酸5-12份，丙烯酰胺1-5份，乙烯基吡咯烷酮1-3份，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸钠2-8份，乙烯基咪唑0.5份，吐温-20 0.5份，氯化钾0.2份，磷酸盐0.1-0.5份，氯化铝0.05份，甘油25-50份，聚乙烯吡咯烷酮/醋酸乙烯0.5-2.0份，聚乙二醇0.1-1.0份，尿素0.2-1.0份，戊二醇2.0-5.0份，己二醇1.0-5.0份，对羟基苯乙酮0.3-1.5份，N,N-亚甲基双丙烯酰胺0.01-0.6份，过硫酸钾0.01-0.1份，纯化水余量，其中磷酸盐指的是水溶性正磷酸盐。
优选的是，根据导电凝胶需要的性能要求，增强芯层的厚度要略低于导电凝胶本体片材的厚度。
优选的是，根据导电凝胶需要的性能要求，导电凝胶具有一定的导电能力，电阻率要低于10000Ωcm，更好是要低于2000Ωcm。
优选的是，所述增强芯层可以是涤纶、棉、粘胶、涤棉混合、聚氨酯、聚乙烯或聚丙烯材料制成的片状蓬松、中空、网格等形状片材。
一种辐射法制备导电凝胶的成型工艺，其特征在于：包括以下步骤：
S1，制备水性凝胶原料液体，将水性凝胶原料成分按比例混合溶解均质形成原料液体，原料液体pH值保持在4-8.5之间，原料液体粘度控制200mpa.s以下，以便于液体浸入增强芯层；
S2，将片状增强芯层平铺于模具中；
S3，将S1中原料液体浇在增强芯层上的模具中，使原料液体均匀浸入片状增强芯层中；
S4,将S3中模具进入电子束射线的辐照，液体成凝胶型态；
S5,密封，将S4辐照后的模具中凝胶装入袋子中密封；
S6，密封保温，将S5中的袋子置于40-90℃中保温2小时；
S7，将S6中的导电凝胶取出置于常温放凉，成为导电凝胶。
优选的是，所述电子束射线辐照中辐照剂量控制在3-35kGy。
优选的是，所述模具指的是能够盛装溶液的容器，保证整个凝胶的厚度均匀一致，并且能够耐受电子束射线的辐照强度，模具优选PE、PP、PET或PS材质制成的托盘。
优选的是，所述密封保温是为了彻底将凝胶内的残余单体去除掉，保证凝胶对皮肤无细胞毒性、无皮肤刺激性。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：将多种单体和水溶性聚合物共同作用，经电子束射线辐照制备凝胶，既有单体共聚交联还有接枝交联的双重作用，提高了凝胶体的机械强度；又在凝胶内部分布有增强芯层，制备具有较高机械性能的导电凝胶，在较大外力作用下仍具有良好的导电性能，极大地降低了凝胶胶体裂断的可能，提高了导电凝胶的品质。
具体实施方式
下面对本发明较佳实施例进行详细阐述，以使发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
本发明实施例包括：
一种辐射法制备导电凝胶成型工艺，该种辐射法制备导电凝胶成型工艺包括以下步骤：
S1，将丙烯酸5-12份，丙烯酰胺1-5份，乙烯基吡咯烷酮1-3份，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸钠2-8份，乙烯基咪唑0.5份，吐温-20 0.5份，氯化钾0.2份，磷酸盐0.1-0.5份，氯化铝0.05份，甘油25-50份，聚乙烯吡咯烷酮/醋酸乙烯0.5-2.0份，聚乙二醇0.1-1.0份，尿素0.2-1.0份，戊二醇2.0-5.0份，己二醇1.0-5.0份，对羟基苯乙酮0.3-1.5份，N,N-亚甲基双丙烯酰胺0.01-0.6份，过硫酸钾0.01-0.1份和纯化水余量以上物料混合溶解成均质原料液体；
S2，将片状增强芯层平展铺于模具中；
S3,将S1中原料液体浇在增强芯层上的模具中，使原料液体均匀浸入片状增强芯层中；
S4,将S3中模具进入电子束射线的辐照，液体成凝胶型态；
S5,密封，将S4辐照后的模具中凝胶装入袋子中密封；
S6,密封保温，将S5中的袋子置于40-90℃中保温2小时；
S7，将S6中的导电凝胶取出置于常温放凉，成为导电凝胶。
实施例一：
一种辐射法制备导电凝胶成型工艺，该种辐射法制备导电凝胶成型工艺包括以下步骤：
S1，将丙烯酸10份，丙烯酰胺2份，乙烯基吡咯烷酮1.5份，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸钠6份，乙烯基咪唑0.5份，吐温-20 0.5份，氯化钾0.2份，磷酸盐0.3份，氯化铝0.05份，甘油45份，聚乙烯吡咯烷酮/醋酸乙烯1.5份，聚乙二醇0.5份，尿素1.0份，戊二醇1.0份，己二醇1.0份，对羟基苯乙酮1.5份，N,N-亚甲基双丙烯酰胺0.03份，过硫酸钾0.05份和纯化水27.37份以上物料混合溶解成均质原料液体；
S2，将无纺布平展铺于模具中；
S3,将S1中原料液体浇在无纺布上的模具中，使原料液体均匀浸入无纺布芯层芯层中；
S4,将S3中模具进入电子束射线的辐照12kGy，液体成凝胶型态；
S5,密封，将S4辐照后的模具中凝胶装入袋子中密封；
S6,密封保温，将S5中的袋子置于60℃中保温2小时；
S7，将S6中的导电凝胶取出置于常温放凉，成为导电凝胶。
对比例一：
一种辐射法制备导电凝胶成型工艺，该种辐射法制备导电凝胶成型工艺包括以下步骤：
S1，制备与实施例一比例一致的原料液体；
S2,将S1中原料液体浇在模具中，使原料液体均匀平整；
S3,将S2中模具进入电子束射线的辐照12kGy，液体成凝胶型态；
S4,密封，将S3辐照后的模具中凝胶装入袋子中密封；
S5,密封保温，将S4中的袋子置于60℃中保温2小时；
S6，将S5中的导电凝胶取出置于常温放凉，成为导电凝胶。
实施例二：
一种辐射法制备导电凝胶成型工艺，该种辐射法制备导电凝胶成型工艺包括以下步骤：
S1，将丙烯酸8份，丙烯酰胺2份，乙烯基吡咯烷酮3份，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸钠8份，乙烯基咪唑0.5份，吐温-20 0.5份，氯化钾0.2份，磷酸盐0.25份，氯化铝0.05份，甘油38份，聚乙烯吡咯烷酮/醋酸乙烯1.5份，聚乙二醇1.0份，尿素0.6份，戊二醇2.5份，己二醇1.8份，对羟基苯乙酮1.5份，N,N-亚甲基双丙烯酰胺0.05份，过硫酸钾0.05份和纯化水30.5份以上物料混合溶解成均质原料液体；
S2，将纱网平展铺于模具中；
S3,将S1中原料液体浇在纱网层上的模具中，使原料液体均匀浸入纱网层中；
S4,将S3中模具进入电子束射线的辐照8kGy，液体成凝胶型态；
S5,密封，将S4辐照后的模具中凝胶装入袋子中密封；
S6,密封保温，将S5中的袋子置于50℃中保温2小时；
S7，将S6中的导电凝胶取出置于常温放凉，成为导电凝胶。
对比例二：
一种辐射法制备导电凝胶成型工艺，该种辐射法制备导电凝胶成型工艺包括以下步骤：
S1，制备与实施例二比例一致的原料液体；
S2,将S1中原料液体浇在模具中，使原料液体均匀平整；
S3,将S2中模具进入电子束射线的辐照8kGy，液体成凝胶型态；
S4,密封，将S3辐照后的模具中凝胶装入袋子中密封；
S5,密封保温，将S4中的袋子置于50℃中保温2小时；
S6，将S5中的导电凝胶取出置于常温放凉，成为导电凝胶。
对实施例一、对比例一、实施例二和对比例二中得到的导电凝胶进行性能测试，测试其电阻率和断裂伸长率，试验数据如下表一：
表1-导电凝胶的性能测试比较
| 性能 | 实施例1 | 对比例1 | 实施例2 | 对比例2 |
| 电阻率Ωcm | 950 | 980 | 1020 | 1040 |
| 断裂伸长率％ | 570 | 120 | 450 | 130 |
通过表1中数据对比可以看出，在凝胶中增强芯层对增加凝胶的断裂伸长率比较明显。
本发明一种辐射法制备导电凝胶及其成型工艺，具有较高机械性能的导电凝胶，在较大外力作用下仍具有良好的导电性能。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (9)
1.一种辐射法制备导电凝胶，其特征在于：该种辐射法制备导电凝胶包括导电凝胶本体，所述导电凝胶本体呈一定厚度片材结构，所述导电凝胶本体包括水性凝胶和承载水性凝胶的增强芯层，增强芯层分布在水性凝胶内部，水性凝胶充满且包裹增强芯层，增强芯层由蓬松空芯材料构成，呈片状，增强芯层的抗拉伸强度较高，在导电凝胶中起到增强及骨架作用，提高导电凝胶的抗拉伸强度和抗裂断强度等的机械强度，使得整个凝胶成为完全的整体，水性凝胶具有一定的导电性能，水性凝胶通过辐照工艺制备而成。
2.根据权利要求1所述的一种辐射法制备导电凝胶，其特征在于：所述水性凝胶原料成分组成包括：丙烯酸5-12份，丙烯酰胺1-5份，乙烯基吡咯烷酮1-3份，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸钠2-8份，乙烯基咪唑0.5份，吐温-20 0.5份，氯化钾0.2份，磷酸盐0.1-0.5份，氯化铝0.05份，甘油25-50份，聚乙烯吡咯烷酮/醋酸乙烯0.5-2.0份，聚乙二醇0.1-1.0份，尿素0.2-1.0份，戊二醇2.0-5.0份，己二醇1.0-5.0份，对羟基苯乙酮0.3-1.5份，N,N-亚甲基双丙烯酰胺0.01-0.6份，过硫酸钾0.01-0.1份，纯化水余量，其中磷酸盐指的是水溶性正磷酸盐。
3.根据权利要求1所述的一种辐射法制备导电凝胶及其成型工艺，其特征在于：根据导电凝胶需要的性能要求，增强芯层的厚度要略低于导电凝胶本体片材的厚度。
4.根据权利要求1所述的一种辐射法制备导电凝胶及其成型工艺，其特征在于：根据导电凝胶需要的性能要求，导电凝胶具有一定的导电能力，电阻率要低于10000Ωcm，更好是要低于2000Ωcm。
5.根据权利要求1所述的一种辐射法制备导电凝胶及其成型工艺，其特征在于：所述增强芯层可以是涤纶、棉、粘胶、涤棉混合、聚氨酯、聚乙烯或聚丙烯材料制成的片状蓬松、中空、网格等形状片材。
6.一种辐射法制备导电凝胶的成型工艺，其特征在于：包括以下步骤：
S1，制备水性凝胶原料液体，将水性凝胶原料成分按比例混合溶解均质形成原料液体，原料液体pH值保持在4-8.5之间，原料液体粘度控制200mpa.s以下，以便于液体浸入增强芯层；
S2，将片状增强芯层平铺于模具中；
S3，将S1中原料液体浇在增强芯层上的模具中，使原料液体均匀浸入片状增强芯层中；
S4,将S3中模具进入电子束射线的辐照，液体成凝胶型态；
S5,密封，将S4辐照后的模具中凝胶装入袋子中密封；
S6，密封保温，将S5中的袋子置于40-90℃中保温2小时；
S7，将S6中的导电凝胶取出置于常温放凉，成为导电凝胶。
7.根据权利要求6所述的一种辐射法制备导电凝胶的成型工艺，其特征在于：所述电子束射线辐照中辐照剂量控制在3-35kGy。
8.根据权利要求6所述的一种辐射法制备导电凝胶的成型工艺，其特征在于：所述模具指的是能够盛装溶液的容器，保证整个凝胶的厚度均匀一致，并且能够耐受电子束射线的辐照强度，模具优选PE、PP、PET或PS材质制成的托盘。
9.根据权利要求6所述的一种辐射法制备导电凝胶的成型工艺，其特征在于：所述密封保温是为了彻底将凝胶内的残余单体去除掉，保证凝胶对皮肤无细胞毒性、无皮肤刺激性。
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